ES2927238T3 - Método de localización de único nodo, nodo correspondiente y programa informático correspondiente - Google Patents

Método de localización de único nodo, nodo correspondiente y programa informático correspondiente Download PDF

Info

Publication number
ES2927238T3
ES2927238T3 ES17707976T ES17707976T ES2927238T3 ES 2927238 T3 ES2927238 T3 ES 2927238T3 ES 17707976 T ES17707976 T ES 17707976T ES 17707976 T ES17707976 T ES 17707976T ES 2927238 T3 ES2927238 T3 ES 2927238T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
node
rrm
tof
aoa
timer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES17707976T
Other languages
English (en)
Inventor
Håkan Dackefjord
Warwick Taws
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nida Tech Sweden AB
Original Assignee
Nida Tech Sweden AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nida Tech Sweden AB filed Critical Nida Tech Sweden AB
Application granted granted Critical
Publication of ES2927238T3 publication Critical patent/ES2927238T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/46—Indirect determination of position data
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/46—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/46—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems
    • G01S3/48—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems the waves arriving at the antennas being continuous or intermittent and the phase difference of signals derived therefrom being measured
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/10—Position of receiver fixed by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements, e.g. omega or decca systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/12—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves by co-ordinating position lines of different shape, e.g. hyperbolic, circular, elliptical or radial
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/14—Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/46—Indirect determination of position data
    • G01S2013/466—Indirect determination of position data by Trilateration, i.e. two antennas or two sensors determine separately the distance to a target, whereby with the knowledge of the baseline length, i.e. the distance between the antennas or sensors, the position data of the target is determined
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/46—Indirect determination of position data
    • G01S2013/468—Indirect determination of position data by Triangulation, i.e. two antennas or two sensors determine separately the bearing, direction or angle to a target, whereby with the knowledge of the baseline length, the position data of the target is determined

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

Un nodo para determinar la posición de un dispositivo, en el que el nodo está configurado para transmitir un mensaje de solicitud de respuesta, RRM, al dispositivo, iniciar al menos un contador en la transmisión del RRM desde una capa física o de enlace de datos de múltiples capas de abstracción. estando adaptado para realizar diferentes tareas en el nodo, recibir un mensaje de respuesta, RM, desde el dispositivo como respuesta al RRM, detener al menos un contador en la recepción del RM, donde el nodo está además adaptado para registrar un contador resultado en la recepción de RM en la capa física o de enlace de datos para cada uno de al menos tres elementos de antena omnidireccional en el nodo que utiliza al menos un contador, determinar la distancia entre el nodo y el dispositivo en función de los resultados registrados del contador, registrar un ángulo de llegada, para la recepción del RM en cada uno de los al menos tres elementos de antena omnidireccional, y determinar la posición del dispositivo en base a la distancia determinada y los ángulos de llegada registrados. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Método de localización de único nodo, nodo correspondiente y programa informático correspondiente
Campo técnico
La presente invención se refiere en general a un método, un nodo y un programa informático para localizar un dispositivo utilizando un único nodo.
Técnica Anterior
La localización de nodos y dispositivos, p. ej. dispositivos móviles en redes de comunicación inalámbrica, como por ejemplo estándares Wi-Fi bajo 802.11x, Bluetooth, estándares Zigbee bajo 802.15x, o cualquier otra red de comunicación inalámbrica adecuada, se ha basado previamente en las llamadas mediciones de tiempo de ida y vuelta (RTT) para recibir información de distancia entre nodos. Se han utilizado diferentes soluciones, como el tiempo de vuelo, la hora de llegada, el ángulo de llegada, pero todas con un éxito limitado en cuanto al alcance y la precisión. Los actuales sistemas de posicionamiento en las redes inalámbricas presentan importantes inconvenientes. La precisión es pobre usando RTT debido a la participación de un tiempo de procesamiento/retraso de tiempo desconocido en un nodo después de recibir primero una señal de mensaje de un dispositivo antes de que la señal se envíe de regreso al nodo. El tiempo de procesamiento no es determinista y varía entre diferentes dispositivos en una red inalámbrica. Además, dichos tiempos de procesamiento pueden variar dentro de dispositivos específicos debido a la carga de trabajo del procesador.
Una solución al problema de determinar una distancia precisa entre nodos en una red de comunicación inalámbrica sería excluir el tiempo de procesamiento midiendo solo el tiempo de vuelo entre dos nodos. Sin embargo, esto requiere que se use la misma base de tiempo en ambos nodos, lo que presenta un problema similar al descrito para RTT. Lograr una base de tiempo mutua en diferentes nodos requiere sincronización entre dichos nodos. Tal sincronización, de manera similar a cuando se mide RTT, se ve afectada por los tiempos de procesamiento en los nodos. De este modo, se recrea el problema original.
El documento WO2013010204 describe un aparato para estimar la ubicación de un nodo remoto. El aparato comprende una distribución de antenas que comprende una pluralidad de elementos de antena, de los cuales al menos uno es capaz de transmitir una primera señal inalámbrica a un nodo remoto. Al menos dos elementos de antena se configuran para recibir una segunda señal del nodo en respuesta a la primera señal. El aparato también comprende un procesador para estimar una pluralidad de distancias de ida y vuelta utilizando las señales inalámbricas. La ubicación del nodo remoto se estima en función de las estimaciones de ida y vuelta.
Además, los sistemas convencionales, como Wi-Fi y Bluetooth, tienen un alcance de corta distancia, lo que hace que los sistemas sean poco prácticos y difíciles de extender a entornos más grandes.
Otro problema más con las soluciones de la técnica anterior es que las mediciones de RTT solo proporcionan una distancia como resultado. La distancia a un objeto puede ser muy útil para muchas implementaciones, pero al mismo tiempo hay muchas áreas de aplicación que requerirían una posición en lugar de simplemente una distancia. Para resolver este problema, se han presentado intentos de combinar tecnologías en la técnica anterior, tales como soluciones en donde se utiliza la intensidad de la señal para determinar una dirección, el llamado ángulo de llegada. La precisión de las mediciones del ángulo de llegada depende de la frecuencia de la señal, los ecos y la topografía que afectan el rendimiento. En la técnica anterior se presentan intentos de resolver esos problemas, por ejemplo, una solución conocida en la técnica es permitir que un usuario o dispositivo gire con un escudo mientras mide la intensidad de la señal para establecer una dirección junto con una brújula o un giroscopio. Esto funciona bien, pero requiere que el usuario realice una acción o que el dispositivo tenga una mecánica compleja para realizar la misma operación automáticamente. Son por tanto aquellas soluciones poco prácticas de implementar tanto en dispositivos móviles como en otro tipo de nodos, como teléfonos inteligentes o puntos de acceso.
Como se sabe en la técnica, existen otras soluciones comúnmente utilizadas para el posicionamiento, como los sistemas de posicionamiento global, especialmente los sistemas GPS y GLONASS. Los sistemas GPS tienen buena precisión y funcionan bien al aire libre, pero tienen numerosos problemas relacionados con el consumo de energía, la cobertura en interiores y la cobertura en ciudades abarrotadas con edificios altos que rodean las calles abiertas.
Para abordar los problemas con el GPS, existen soluciones disponibles en el mercado que utilizan la triangulación en donde varios nodos envían señales a un dispositivo y triangulan la posición del dispositivo. Se ha demostrado que esas soluciones generalmente tienen una mala cobertura y requieren redes fijas con múltiples nodos.
Con las soluciones anteriores en mente, sería ventajoso proporcionar un sistema de posicionamiento de comunicación inalámbrica y un método que permitiría determinaciones de posición más precisas sin los inconvenientes de la técnica anterior.
Compendio de la invención
Un objeto de la presente invención es proporcionar un sistema de localización de un único nodo para el posicionamiento de un dispositivo mediante la eliminación de la necesidad de triangulación. Un problema de la técnica anterior es que las señales inalámbricas tienen características físicas oscilantes que hacen que el ángulo de llegada se desvíe del ángulo de posición del dispositivo. Esto se describirá adicionalmente en la descripción detallada. Otro objeto de la presente invención es proporcionar una solución que resuelva los problemas anteriores de ángulo de llegada. Preferiblemente con una sola medición que pueda proporcionar una lectura precisa de la dirección de un dispositivo sin necesidad de escudos, rotación o cualquier otra forma de intervención de un usuario.
Otro objeto más de la presente solución es proporcionar un sistema de posicionamiento preciso que permita un bajo consumo de energía en los dispositivos.
La presente invención proporciona un método como se define en la reivindicación 1.
Una de las ventajas de la presente solución es que el posicionamiento puede realizarse con un único nodo. Por lo tanto, se elimina la necesidad de triangulación. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la solución se puede utilizar en combinación con la triangulación, por ejemplo, para lograr una mejor determinación de la precisión.
Las realizaciones preferidas de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes 2 a 4.
Es una ventaja que las antenas en una realización se disponen con una distancia entre ellas correspondiente a la mitad de la longitud de onda o menos, lo que permite la determinación de fase dentro del mismo período de RM. La presente invención también proporciona un nodo como se define en la reivindicación 5 y un programa informático como se define en la reivindicación 7.
Una de las ventajas del método para posicionar un dispositivo como se divulga en esta memoria es que las varias antenas omnidireccionales permiten un cálculo preciso del AoA.
Otra ventaja con el método para el posicionamiento de un dispositivo como se divulga en esta memoria es que múltiples tecnologías se combinan de una manera inventiva y novedosa.
Otra ventaja más es que el método de posicionamiento realiza operaciones en los niveles inferiores de las capas de abstracción minimizando los tiempos de procesamiento.
Según una realización, se proporciona un método en donde el nodo, por ejemplo, podría ser un punto de acceso, una estación base, una unidad principal, un teléfono móvil o cualquier otra forma de nodo adecuado. El nodo comprende una unidad de comunicación, como una unidad de comunicación de red, que permite que el dispositivo realice una comunicación inalámbrica. Dicha unidad de comunicación de red puede ser, en una realización, una tarjeta de red, un chip de LAN inalámbrica, un chip de Bluetooth o cualquier otra unidad que permita la comunicación de red.
Breve descripción de los dibujos
La invención se describe ahora, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 ilustra un dibujo principal de una realización de un método y sistema de posicionamiento que comprende un nodo y un dispositivo en donde se utiliza el tiempo de vuelo y el ángulo de llegada.
La figura 2 ilustra una solución de la técnica anterior de única antena en donde se utiliza el ángulo de llegada.
La figura 3 ilustra una realización de un dibujo principal de un nodo 1 que comprende capas de abstracción, un contador y múltiples elementos de antena.
La figura 4 ilustra un esquema de una realización que ilustra la transmisión del mensaje de solicitud de respuesta y la respuesta al mismo, en donde se ilustra el eje de tiempo que muestra la recepción en cada elemento de antena. La figura 5 ilustra una realización de una transmisión de un mensaje de respuesta y su recepción en los múltiples elementos de antena del nodo.
La figura 6a ilustra una realización de una distribución de elementos de antena, sus puntos de recepción y ángulos de llegada.
La figura 6b ilustra un ejemplo ilustrativo de puntos de recepción y ángulos de llegada.
La figura 7 ilustra una realización de una distribución de antenas que comprende múltiples elementos de antena omnidireccionales y la distancia constante entre las posiciones de cada elemento de antena.
La figura 8 ilustra una vista esquemática que muestra una realización.
Descripción de realizaciones
A continuación, se divulga una descripción detallada de las diferentes realizaciones de la solución con referencia a los dibujos adjuntos. Todos los ejemplos de esta memoria deben verse como parte de la descripción general y, por lo tanto, es posible combinarlos de cualquier forma en términos generales. Las características individuales de las diversas realizaciones y métodos pueden combinarse o intercambiarse a menos que dicha combinación o intercambio sea claramente contradictorio con la función general.
Brevemente, la solución se refiere a un sistema de posicionamiento de único nodo en donde la posición de un dispositivo u otro nodo puede determinarse en función de las lecturas de un único nodo. Esta es una clara mejora con respecto a las soluciones de la técnica anterior en donde se utilizan múltiples nodos para la triangulación y medios similares de posicionamiento. El sistema mejorado tiene múltiples ventajas, como un menor consumo de energía, la posibilidad de mantener al mínimo el consumo de batería en el dispositivo mediante la realización de la mayoría de los cálculos en el nodo así como la eliminación de la necesidad de que el dispositivo transmita la respuesta a múltiples nodos, lo que reduce la cantidad de transmisiones y, por lo tanto, aumentar la duración de la batería.
El nodo y el dispositivo comprenden múltiples capas de abstracción que realizan diferentes tareas de la unidad de comunicación. Existen diferentes modelos para describir la funcionalidad, así como para dividir la funcionalidad entre capas, pero el modelo más común es el modelo OSI. El modelo OSI (modelo de interconexión de sistemas abiertos) es un modelo conceptual para describir funciones de comunicación en un sistema informático o de telecomunicaciones. El modelo está completamente separado de los factores físicos de los componentes en un nodo o dispositivo y, en su lugar, describe dónde se realiza la funcionalidad entre las capas. Por lo tanto, la funcionalidad se puede realizar en una única capa de uno o varios componentes.
La solución que se divulga en esta memoria no se limita al modelo OSI y diferentes realizaciones utilizan diferentes formas de comunicación y protocolos. Por lo tanto, el experto en la técnica entiende que se pueden utilizar diferentes modelos para describir la funcionalidad y, por lo tanto, en esta memoria no se divulga información detallada sobre diferentes modelos.
Para proporcionar una breve comprensión de las diferentes capas, se describirá la funcionalidad de los diferentes niveles.
Las capas de bajo nivel, como una capa física o de enlace de datos, realizan tareas que están cerca del hardware del nodo o dispositivo.
La capa física, también conocida como capa 1, define las especificaciones eléctricas y físicas para la transmisión y el medio utilizado para la comunicación. Por ejemplo, una radiofrecuencia y el diseño del dispositivo inalámbrico forman parte de la capa física. Además, define los modos de transmisión, como la transmisión símplex o dúplex, y maneja los datos sin procesar, la codificación de bits y define la topología de la red.
La capa de enlace de datos, también conocida como capa 2, proporciona la funcionalidad de transferencia de datos y, por lo tanto, el enlace entre, por ejemplo, nodos y dispositivos. Los ejemplos son capas de control de acceso a medios responsables de controlar las redes, por ejemplo, Ethernet y Wi-Fi operan en la capa de enlace de datos.
Para comprender mejor el contexto de la presente invención, debe entenderse que la mayoría de las aplicaciones se ejecutan o utilizan capas de nivel superior, como la capa de aplicación, para realizar cálculos y acciones que proporcionan funcionalidad. Existen muchos inconvenientes con tales soluciones, por ejemplo, tiempos de procesamiento aumentados e indefinidos.
La figura 1 ilustra una realización de un principio de cómo funciona el sistema de posicionamiento de único nodo. El nodo 1 envía un mensaje de solicitud de respuesta RRM a un dispositivo 2 que responde con un mensaje de respuesta RM. El tiempo de vuelo ToF se determina para obtener una distancia al dispositivo 2. En la mayoría de las situaciones, hay un error 12 que proporciona un pasillo circular alrededor del nodo 1 donde se puede ubicar el dispositivo 2. El nodo 1 solo sabe que el dispositivo 2 está en algún lugar de este pasillo y, por lo tanto, necesita utilizar el ángulo de llegada 41 para determinar la posición real del dispositivo 2. La realización que se describe en esta memoria es una realización general y no cubre todos los aspectos. características inventivas de la solución. Esta realización describe la forma más amplia y pretende describir cómo funciona la solución. Más detalles se establecerán a continuación y en las reivindicaciones adjuntas.
La figura 2 ilustra una solución de la técnica anterior en la que se utiliza un único elemento de antena para obtener un ángulo de llegada. Uno de los muchos problemas con las soluciones de la técnica anterior para el posicionamiento, y especialmente para el posicionamiento en interiores, es que la precisión es baja incluso para distancias cortas. Las estimaciones del ángulo de llegada no son una excepción. Como se ilustra en la figura 2, el RM es recibido por el elemento de antena 103 y se registra el ángulo de llegada. Dependiendo de cuándo se registre el ángulo de llegada, difiere debido a los ecos y la oscilación de frecuencia de la señal. Esto tiene el efecto de que los vectores a1, a2 tendrán direcciones completamente diferentes. Aunque un promedio puede proporcionar alguna orientación hacia la dirección del dispositivo 2, el error de incertidumbre es considerablemente grande.
La figura 3 ilustra una realización de un nodo 1 que comprende capas de abstracción 101, una distribución de antenas 103 y un contador 104. El contador 104 se usa para medir el tiempo y también se conoce como contador de tiempo o temporizador en la técnica. Así, en el contexto de la presente solicitud, el término contador debe interpretarse como que también incluye contadores de tiempo y temporizadores. La distribución de antenas 103 comprende al menos tres, en este ejemplo cuatro, elementos de antena 103a, 103b, 103c, 103d. Los elementos de antena 103a, 103b, 103c, 103d se disponen en forma geométrica, como un cuadrado o un círculo, con una distancia uniforme entre cada distribución de antenas. Las capas de abstracción 101 son capas diferentes 101a, 101b,..., 101n que se utilizan para diferentes cosas en la aplicación. El experto en la técnica se refiere por ejemplo al modelo OSI.
La figura 4 muestra una realización ilustrativa de cómo se transmiten y reciben los mensajes RRM y RM en el dispositivo 2 y el nodo 1. El nodo 1 transmite el RRM al dispositivo 2, para esto se puede usar uno o todos los elementos de antena 103 dependiendo de la realización. El tiempo de vuelo, ToF, en un sistema según la técnica anterior es una única medición de tiempo en donde se mide el tiempo desde que se transmite una señal desde el nodo hasta que se recibe de vuelta en el nodo a través del dispositivo. Sin embargo, en la solución que se describe en esta memoria, se utiliza una única señal para múltiples mediciones en los puntos de recepción 40a, 40b, 40c, 40d, cada uno de los cuales corresponde a un elemento de antena 103a, 103b, 103c, 103d. Por lo tanto, es una ventaja de la presente solución que se utilice una única señal para determinar tanto el tiempo de vuelo como el ángulo de llegada.
De acuerdo con la presente invención, el nodo calcula el tiempo de vuelo, ToF en función de los resultados del contador y un tiempo de respuesta interno del dispositivo como
ToF = (TXa + TXb +... TXn) - Ty .
en donde TXn describe el tiempo de vuelo en cada antena y Ty es el tiempo de procesamiento en el dispositivo. Dado que el contador se implementa en la capa física o de enlace de datos, el tiempo de procesamiento Ty puede determinarse con mucha precisión ya que las condiciones en estas capas son predecibles y no dependen de otras funciones como es el caso de las capas superiores donde la carga de trabajo puede ralentizar el tiempo de procesamiento.
La figura 4 ilustra además un método para determinar la distancia entre un nodo 1 y un dispositivo 2. El nodo 1 transmite un RRM e inicia un contador adaptado para medir el Tiempo de Vuelo para el RRM y el RM. El dispositivo 2 transmite un RM y cuando el RM se recibe en el nodo 1, el contador se detiene. El tiempo de vuelo se determina posteriormente con el resultado del contador. Como se muestra en la figura 4, el contador registra varias veces, una para cada elemento de antena 103. Las mediciones múltiples proporcionan una mejor resolución para la medición de ToF.
La figura 5 ilustra un dispositivo 2 que envía un RM al nodo 1. El RM es una onda de radio con características oscilantes y viaja por el aire hacia el nodo 1. En la recepción en el nodo 1, el RM se recibe en múltiples puntos de recepción 40a, 40b, 40c, 40d, correspondiendo cada uno a un elemento de antena. Esto tiene el efecto de que el RM se recibe en cuatro puntos diferentes, cada uno con una fase de recepción única. La recepción simultánea de la señal proporciona al menos tres recepciones independientes que pueden compararse entre sí. Así, en una realización, el ángulo de llegada real 41 puede calcularse usando la diferencia de fase de al menos dos antenas, la distancia entre las antenas y la longitud de onda de la onda portadora.
Hay ventajas en relación con la técnica anterior, por ejemplo en relación con la duración de la batería. En general, más nodos significan más transmisiones y, por lo tanto, reducen la duración de la batería.
El dispositivo 2, mientras no actúe como nodo, se adapta únicamente para recibir y transmitir un RM. Esto tiene el efecto de que se puede mejorar la duración de la batería en el dispositivo 2, ya que los cálculos se realizan en su lugar en un nodo. En una realización, la intensidad de la señal se usa para mejorar ToF.
Otra ventaja de la medición AoA basada en fase, como se muestra en la figura 4, con antenas omnidireccionales en comparación con antenas direccionales, es que se puede lograr una precisión angular mucho mejor. Si usamos un ejemplo de 4 antenas, se puede lograr una resolución angular cercana a /- 5 grados cuando usamos la diferencia de fase para calcular el AoA, en comparación con quizás /- 30 grados (o peor) para una antena "direccional". que necesita cubrir un campo de visión de 90 grados (es decir, donde 4 antenas cubren 360 grados). Por lo tanto, potencialmente podemos localizar un dispositivo con mucha más precisión utilizando el AoA calculado.
Hay beneficios adicionales con la tecnología en relación con la mejora de la fiabilidad y el alcance de la medición de ToF. La técnica que combina ToF y AoA basado en fase tiene una ventaja única sobre otros sistemas, ya que las mediciones de ToF se vuelven mucho más precisas al mismo tiempo que se puede calcular el ángulo de llegada. Creando así un sistema de posicionamiento de único nodo.
Además, se aumenta el alcance de ToF. Si se tienen varias antenas, igualarán y reducirán las variaciones en la intensidad de la señal y, por lo tanto, reducirán la perturbación de la señal. Varias antenas además minimizan la influencia de la cancelación de señal.
AoA funciona a una distancia mayor que el tiempo de vuelo. Esto no depende de si la señal es fuerte o débil, pero el ToF depende mucho de una señal fuerte. Esto brinda la ventaja de que si el nodo es un nodo móvil, como un teléfono inteligente, el usuario que sostiene el nodo y busca el dispositivo puede viajar en la dirección correcta hasta estar dentro del alcance de ToF y luego determinar la posición del dispositivo.
Además, es ventajoso para la duración de la batería que se utilice un único RM tanto para AoA como para ToF. Las figuras 6a y 6b ilustran una distribución de antenas con puntos de recepción 40a, 40b, 40c, 40d. En cada punto de recepción se recibe un ángulo de fase 41a, 41b, 41c, 41d y, por lo tanto, se puede calcular un AoA correcto de la señal. La figura 7 ilustra las distancias dentro de las distribuciones de antenas.
La figura 8 ilustra una vista esquemática del método.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Método realizado por un nodo (1) para determinar la posición de un dispositivo (2), el método comprende:
transmitir (S101) un Mensaje de Solicitud de Respuesta, RRM, al dispositivo (2);
- iniciar (S102) al menos un contador de tiempo (104) en la transmisión del RRM desde una capa física (101a) o de enlace de datos (101b) de múltiples capas de abstracción (101a, 101b,..., 101n) que se adaptan para realizar diferentes tareas en el nodo (1),
- recibir (S103) un mensaje de respuesta, RM, del dispositivo (2) como respuesta al RRM,
- parar (S104) el al menos un contador de tiempo (104) en la recepción del RM,
en donde el método comprende además:
- registrar (S105) un resultado de contador de tiempo TXa, TXb,... TXn en la recepción del RM en la capa física (101a) o de enlace de datos (101b) para cada uno de al menos tres elementos de antena omnidireccional (103a, 103b,..., 103n) en el nodo (1) usando el al menos un contador de tiempo (104),
- determinar (S106) la distancia entre el nodo (1) y el dispositivo (2) sobre la base de los resultados del contador de tiempo registrado Txa, Txb,... Txn, en donde la distancia se determina en el nodo (1) calculando un tiempo de vuelo, ToF, sobre la base de los resultados del contador de tiempo registrado TXa, TXb,... TXn y un tiempo de respuesta interno Ty del dispositivo (2) como ToF = TXa, TXb,... TXn) - Ty ,
- registrar (S107) una fase recibida en un punto de recepción (40a, 40b,..., 40n) de cada uno de los al menos tres elementos de antena omnidireccional (103a, 103b,..., 103n) para la recepción del RM,
- calcular (S109) un ángulo de llegada, AoA, (41) sobre la base de las diferencias de las fases recibidas y una frecuencia de transmisión para el RRM y/o el RM, y
- determinar (S108) la posición del dispositivo (2) sobre la base de la distancia determinada y el AoA calculado (41), en donde el RRM y el RM son señales a una frecuencia entre 860 y 930 MHz, o entre 430 y 480MHz, o entre 2,4 y 2,5 GHz, o entre 5,0 y 6,0 GHz, en donde el método se realiza más de una vez y el método comprende además:
- recopilar múltiples ToF y AoA calculados, determinar un error promedio basado en los ToF recopilados y AoA calculados, y usar el error promedio al determinar la posición del dispositivo.
2. El método según la reivindicación 1, en donde los al menos tres elementos de antena omnidireccionales (103a, 103b, 103c,..., 103n) se disponen a distancias La equidistantes entre sí y la distancia La corresponde a menos de la mitad de la longitud de onda de la frecuencia de transmisión para el RRM y/o el RM.
3. El método según la reivindicación 2, en donde la distancia La mide entre 10,8 y 11,1 cm.
4. El método según cualquiera de las reivindicaciones 2-3, que comprende además:
- determinar (S111) una posición absoluta del nodo (1) por medio de un segundo medio de posicionamiento dispuesto en dicho nodo (1),
- determinar (S112) una posición absoluta del dispositivo (2) basada en la posición absoluta determinada del nodo (1), el AoA (41) y el ToF.
5. Un nodo (1) para determinar la posición de un dispositivo (2), en donde el nodo (1) se configura para transmitir un mensaje de solicitud de respuesta, RRM, al dispositivo (2), iniciar al menos un contador de tiempo (104) en la transmisión del RRM desde una capa física (101a) o de enlace de datos (101b) de múltiples capas de abstracción (101a, 101b,..., 101 n) siendo adaptado para realizar diferentes tareas en el nodo (1), recibir un Mensaje de Respuesta, RM, desde el dispositivo (2) como respuesta al RRM, detener al menos un contador de tiempo (104) en la recepción del RM, en donde el nodo (1) además se configura para registrar un resultado de contador de tiempo Txa, Txb,... Txn en la recepción del RM en la capa física (101a) o de enlace de datos (101b) para cada uno de al menos tres elementos de antena omnidireccional (103a, 103b,..., 103n) en el nodo (1) usando el al menos un contador de tiempo (104), determinar la distancia entre el nodo (1) y el dispositivo (2) sobre la base de los resultados registrados del contador de tiempo Txa, Txb,... Txn, en donde la distancia se determina en el nodo (1) calculando un tiempo de vuelo, ToF sobre la base de los resultados del contador de tiempo registrado Txa, Txb,... Txn y un tiempo de respuesta interno Ty del dispositivo (2) como ToF = (Txa, Txb,... Txn) - Ty , registrar una fase recibida en un punto de recepción (40a, 40b,..., 40n) de cada uno de los al menos tres elementos de antena omnidireccional (103a, 103b,..., 103n) para la recepción del RM, calcular un Ángulo de Llegada, AoA, (41) sobre la base de las diferencias de las fases recibidas y una frecuencia de transmisión para el RRM y/o el RM, y determinar la posición del dispositivo (2) sobre la base de la distancia determinada y el AoA (41) calculado, en donde el RRM y el RM son señales a una frecuencia entre 860 y 930 MHz, o entre 430 y 480 MHz, o entre 2,4 y 2,5 GHz, o entre 5,0 y 6,0 GHz, en donde el nodo se configura además para recopilar múltiples ToF y AoA calculados, determinar un error promedio basado en los ToF recopilados y el AoA calculado, y usar el error promedio al determinar la posición del dispositivo.
6. El nodo (1) según la reivindicación 5, en donde dicho nodo (1) se configura para realizar el método de cualquiera de las reivindicaciones 2-4.
7. Un programa informático, que comprende medios de código legible por ordenador, que cuando se ejecuta en un nodo (1) según cualquiera de las reivindicaciones 5-6 hace que el nodo (1) realice el método según cualquiera de las reivindicaciones 2-4.
ES17707976T 2016-02-22 2017-02-22 Método de localización de único nodo, nodo correspondiente y programa informático correspondiente Active ES2927238T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE1650226A SE542650C2 (en) 2016-02-22 2016-02-22 Single node location system and method
PCT/SE2017/050167 WO2017146636A1 (en) 2016-02-22 2017-02-22 Single node location system and method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2927238T3 true ES2927238T3 (es) 2022-11-03

Family

ID=58191523

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES17707976T Active ES2927238T3 (es) 2016-02-22 2017-02-22 Método de localización de único nodo, nodo correspondiente y programa informático correspondiente

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10444324B2 (es)
EP (1) EP3420761B1 (es)
ES (1) ES2927238T3 (es)
SE (1) SE542650C2 (es)
WO (1) WO2017146636A1 (es)

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11436389B2 (en) 2017-02-22 2022-09-06 Middle Chart, LLC Artificial intelligence based exchange of geospatial related digital content
US10740503B1 (en) 2019-01-17 2020-08-11 Middle Chart, LLC Spatial self-verifying array of nodes
US10824774B2 (en) * 2019-01-17 2020-11-03 Middle Chart, LLC Methods and apparatus for healthcare facility optimization
US11194938B2 (en) 2020-01-28 2021-12-07 Middle Chart, LLC Methods and apparatus for persistent location based digital content
US12314638B2 (en) 2017-02-22 2025-05-27 Middle Chart, LLC Methods and apparatus for secure persistent location based digital content associated with a three-dimensional reference
US11481527B2 (en) 2017-02-22 2022-10-25 Middle Chart, LLC Apparatus for displaying information about an item of equipment in a direction of interest
US10872179B2 (en) 2017-02-22 2020-12-22 Middle Chart, LLC Method and apparatus for automated site augmentation
US10733334B2 (en) 2017-02-22 2020-08-04 Middle Chart, LLC Building vital conditions monitoring
US12400048B2 (en) 2020-01-28 2025-08-26 Middle Chart, LLC Methods and apparatus for two dimensional location based digital content
US10762251B2 (en) 2017-02-22 2020-09-01 Middle Chart, LLC System for conducting a service call with orienteering
US10740502B2 (en) 2017-02-22 2020-08-11 Middle Chart, LLC Method and apparatus for position based query with augmented reality headgear
US11475177B2 (en) 2017-02-22 2022-10-18 Middle Chart, LLC Method and apparatus for improved position and orientation based information display
US12475273B2 (en) 2017-02-22 2025-11-18 Middle Chart, LLC Agent supportable device for communicating in a direction of interest
US10620084B2 (en) 2017-02-22 2020-04-14 Middle Chart, LLC System for hierarchical actions based upon monitored building conditions
US11900023B2 (en) 2017-02-22 2024-02-13 Middle Chart, LLC Agent supportable device for pointing towards an item of interest
US11507714B2 (en) 2020-01-28 2022-11-22 Middle Chart, LLC Methods and apparatus for secure persistent location based digital content
US10831945B2 (en) 2017-02-22 2020-11-10 Middle Chart, LLC Apparatus for operation of connected infrastructure
US10949579B2 (en) 2017-02-22 2021-03-16 Middle Chart, LLC Method and apparatus for enhanced position and orientation determination
US11625510B2 (en) 2017-02-22 2023-04-11 Middle Chart, LLC Method and apparatus for presentation of digital content
US10902160B2 (en) 2017-02-22 2021-01-26 Middle Chart, LLC Cold storage environmental control and product tracking
US11900021B2 (en) 2017-02-22 2024-02-13 Middle Chart, LLC Provision of digital content via a wearable eye covering
US11468209B2 (en) 2017-02-22 2022-10-11 Middle Chart, LLC Method and apparatus for display of digital content associated with a location in a wireless communications area
US10776529B2 (en) 2017-02-22 2020-09-15 Middle Chart, LLC Method and apparatus for enhanced automated wireless orienteering
US12086507B2 (en) 2017-02-22 2024-09-10 Middle Chart, LLC Method and apparatus for construction and operation of connected infrastructure
US10984146B2 (en) 2017-02-22 2021-04-20 Middle Chart, LLC Tracking safety conditions of an area
US10628617B1 (en) 2017-02-22 2020-04-21 Middle Chart, LLC Method and apparatus for wireless determination of position and orientation of a smart device
CN109596089B (zh) * 2017-09-30 2021-08-13 中国移动通信集团云南有限公司 确定方位角的方法、装置、电子设备和存储介质
CA3114093C (en) 2018-09-26 2024-06-18 Middle Chart, LLC Method and apparatus for augmented virtual models and orienteering
US11640486B2 (en) 2021-03-01 2023-05-02 Middle Chart, LLC Architectural drawing based exchange of geospatial related digital content
US12063620B2 (en) * 2022-02-25 2024-08-13 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. Bluetooth-based spatial-temporal localization

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2734857B1 (en) * 2011-07-20 2019-01-23 Commonwealth Scientific & Industrial Research Organisation ( C.S.I.R.O. ) Wireless localisation system

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017146636A1 (en) 2017-08-31
US10444324B2 (en) 2019-10-15
EP3420761A1 (en) 2019-01-02
EP3420761B1 (en) 2022-07-13
SE1650226A1 (en) 2017-08-23
US20180313931A1 (en) 2018-11-01
SE542650C2 (en) 2020-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2927238T3 (es) Método de localización de único nodo, nodo correspondiente y programa informático correspondiente
US9772396B2 (en) Relative orientation angle calculation method and device as well as relative positioning method
JP6940214B2 (ja) ポジショニングシステム
ES2841736T3 (es) Terminal móvil y método y dispositivo de localización
BR112021010844A2 (pt) Sistemas e métodos para serviço de localização de latência superbaixa para redes sem fio
Xu et al. Bluetooth, floor-plan, and microelectromechanical systems-assisted wide-area audio indoor localization system: Apply to smartphones
Garg et al. A review of wireless sensor network on localization techniques
TWI509276B (zh) 用於位置估計的方法、用於定位系統的定位網路
US10499363B1 (en) Methods and apparatus for improved accuracy and positioning estimates
WO2019239365A1 (en) System and method for position and orientation tracking of multiple mobile devices
CN101442823B (zh) 基于波达方向估计的wsn分布式节点定位方法
Savić et al. Constrained localization: A survey
Lédeczi et al. Wireless sensor node localization
US11368809B2 (en) Single antenna direction finding and localization
WO2018193291A1 (en) Fingerprinting enhancement with multi-band aoa measurements
ES2888625T3 (es) Sistema, dispositivo, nodo y método de seguimiento de un dispositivo
Panwar et al. Localization schemes in wireless sensor networks
CN104584656B (zh) 用于传递用于定位的环境信息的方法和设备
WO2024069617A1 (en) Device orientation and positioning using local and global coordinate systems
Cheng et al. A range-difference based self-positioning scheme for underwater acoustic sensor networks
Kumar et al. Phase-based angle estimation approach in indoor localization system using Bluetooth low energy
Amundson et al. RF angle of arrival-based node localisation
Amundson et al. Radio interferometric angle of arrival estimation
Srbinovska et al. Localization estimation system using measurement of RSSI based on ZigBee standard
Dalce et al. Comparison of indoor localization systems based on wireless communications