DE102007057563B4

DE102007057563B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Zugriff auf ein mobiles Endgerät in einem digitalen zellulären Mobilfunknetz

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Publication number: DE102007057563B4
Application number: DE200710057563
Authority: DE
Inventors: Larisse Nana Kouadjo; Günther Hornung; Philipp Scheidel; Jürgen Kroker; Georg Gunzelmann
Original assignee: Thales Defence Deutschland GmbH
Current assignee: Thales Deutschland GmbH
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2012-09-20
Anticipated expiration: 2027-11-30
Also published as: DE102007057563A1

Abstract

Verfahren zum Zugriff auf ein mobiles Endgerät (7) in einem digitalen zellulären Mobilfunknetz, in dem Daten nach einem Codemultiplexverfahren übertragen werden, von einer Basisstation (20, 21) des Mobilfunknetzes aus, wobei – das Endgerät (7) durch die Basisstation (20, 21) zur Übermittlung von Informationen bezüglich des Endgeräts (7) veranlasst wird; – die Basisstation (20, 21) die übermittelten Informationen empfängt; und – das Endgerät (7) durch die Basisstation (20, 21) anhand der übermittelten Informationen identifiziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das identifizierte Endgerät (7) veranlasst wird, Informationen bezüglich des Mobilfunknetzes an die Basisstation (20, 21) zu übertragen, wobei die von dem identifizierten Endgerät (7) an die Basisstation (20, 21) übertragenen Informationen die Bezeichnungen der sichtbaren Basisstationen (6a, 6b, 6c; 20, 21), von denen das Endgerät (7) Signale empfängt, sowie die Feldstärke der von den sichtbaren Basisstationen (6a, 6b, 6c; 20, 21) empfangenen Signale umfassen, und die übertragenen Informationen von...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zugriff auf ein mobiles Endgerät in einem digitalen zellulären Mobilfunknetz, in dem Daten nach einem Codemultiplexverfahren übertragen werden, von einer Basisstation des Mobilfunknetzes aus. Dabei wird das Endgerät durch die Basisstation zur Übermittlung von Informationen bezüglich des Endgeräts veranlasst. Die Basisstation empfängt die übermittelten Informationen, und das Endgerät wird durch die Basisstation anhand der übermittelten Informationen identifiziert.
Die Erfindung betrifft außerdem eine virtuelle Basisstation zur Ausführung des genannten Verfahrens. Im Einzelnen wird die Basisstation in einem digitalen zellulären Mobilfunknetz betrieben, in dem Daten nach einem Codemultiplexverfahren übertragen werden. Zweck des Betriebs der virtuellen Basisstation in dem Mobilfunknetz ist es, ein mobiles Endgerät des Mobilfunknetzes identifizieren und darauf zugreifen zu können. Die Basisstation veranlasst das Endgerät zur Übermittlung von Informationen bezüglich des Endgeräts und empfängt die übermittelten Informationen. Schließlich identifiziert die Basisstation das Endgerät anhand der übermittelten Informationen.
Sicherheitskräften obliegen unter anderem die Aufgaben, bereits begangene Verbrechen aufzuklären bzw. noch nicht begangene Verbrechen abzuwehren. Ein wichtiger Aspekt bei der Erfüllung dieser Aufgaben ist die Möglichkeit, in Ausnahmefällen eine verdächtige Person anhand eines von ihr benutzten Mobiltelefons identifizieren und anpeilen bzw. orten zu können. Die Sicherheitskräfte werden dazu durch einschlägige Rechtsvorschriften und Verordnungen ermächtigt. Ziel ist es dabei, die Kommunikationsspuren einer verdächtigen Person zu erfassen und auszuwerten und ein Bewegungsmuster der verdächtigen Person zu erstellen, um gegebenenfalls rasch und effektiv auf die verdächtige Person zugreifen zu können, das heißt mit möglichst geringem Aufwand an Sicherheitskräften auf die richtige Person zuzugreifen.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Mobilfunknetze zur Datenübertragung bekannt. Sehr weit verbreitet sowohl bezüglich der Netzabdeckung als auch bezüglich der Anzahl der im Einsatz befindlichen mobilen Endgeräte sind GSM(Global System for Mobile communications)-Mobilfunknetze. Seit einigen Jahren erhältlich und zunehmend weiter verbreitet sind UMTS-Mobilfunknetze. Diese beiden Standards unterscheiden sich bspw. hinsichtlich der Authentifizierung, des Integritätsschutzes und der Verschlüsselung. Während sich bei GSM lediglich das mobile Endgerät gegenüber einer Basisstation authentifizieren muss, ist bei UMTS auch eine Authentifizierung der Basisstation bei den mobilen Endgeräten vorgesehen. Im Rahmen des Integritätsschutzes bei UMTS werden die über das Mobilfunknetz zu übertragenden Steuerungsdaten bspw. durch Signieren gegen Fälschung geschützt. Zur Verschlüsselung der über das Mobilfunknetz zu übertragenden Daten werden bei UMTS besondere Verschlüsselungsverfahren eingesetzt, wie bspw. das Kazumi-Verfahren. Die Verschlüsselung betrifft bei UMTS sowohl die Nutzdaten als auch die Steuerungsdaten. Während in einem GSM-Mobilfunknetz zur Datenübertragung eine Kombination aus Frequenzmultiplexverfahren (FDMA – Frequency Divisional Multiple Access) und Zeitmultiplexverfahren (TDMA – Time Divisional Multiple Access) eingesetzt wird, findet in einem UMTS Mobilfunknetz ein Codemultiplexverfahren (CDMA – Code Divisional Multiple Access) Verwendung, bei dem die Daten (Signale) mehrerer Quellen oder Sender gleichzeitig auf derselben Frequenz übertragen werden. Dabei werden den Daten bestimmte Codemuster (sog. Scrambling Codes) zugewiesen.
Ein Verfahren und eine virtuelle Basisstation der eingangs genannten Art ist unter der Bezeichnung UTRAN(UMTS Terrestrial Radio Access Network)-Simulator aus der DE 10 2005 040 002 A1 bekannt. Bezüglich Aufbau und Funktionsweise des UTRAN-Simulators wird auf diese Druckschrift ausdrücklich Bezug genommen. Der bekannte UTRAN-Simulator dient zur Identifizierung eines beliebigen mobilen Endgeräts in einem UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)-Umfeld. Zur Identifizierung wird das mobile Endgerät durch den UTRAN-Simulator, der als virtuelle Basisstation in dem Mobilfunknetz betrieben wird, veranlasst, Identifizierungsparameter (IMSI und/oder IMEI) an die Basisstation zu übermitteln. Anhand dieser Identifizierungsparameter ist eine eindeutige Identifikation des Endgeräts möglich.
Darüber hinaus ist es bei GSM-Mobilfunknetzen aus dem Stand der Technik bekannt, dass Basisstationen (sog. Base Transceiver Stations, BTS) die Qualität von Signalen ermitteln, die ein Endgerät von in der Umgebung befindlichen Basisstationen empfängt. Diese Informationen bezüglich der Signalqualität umfassen bspw. die Feldstärke der durch das Endgerät von den Basisstationen in der Umgebung empfangenen Signale. Die Informationen werden von dem Endgerät an das Netz, insbesondere an eine den Basisstationen hierarchisch übergeordnete Basisstationssteuerung (sog. Base Station Controller, BSC) übertragen. Genauer gesagt werden die Informationen über die Basisstationen an die Steuerung übertragen, die dann anhand der Informationen den Zeitpunkt für einen Wechsel der Funkzelle (sog. Handover) ermittelt. Die Basisstationssteuerung verwaltet und koordiniert den Wechsel der Funkzelle zu dem ermittelten Zeitpunkt. Eine Verarbeitung der von dem Endgerät empfangenen Signalfeldstärken in den Basisstationen ist im GSM-Protokoll nicht vorgesehen und technisch auch nicht realisiert.
Gemäß dem UMTS-Protokoll werden Informationen bezüglich des Mobilfunknetzes, insbesondere auch Informationen bezüglich der Qualität der Signalverbindungen zu den sichtbaren Basisstationen (sog. Base Stations, BS) in der näheren Umgebung des Endgeräts, in einem Endgerät intern erfasst und verarbeitet. Auch im UMTS-Umfeld ist es bekannt, diese Informationen an das Netz, insbesondere an eine Basisstationssteuerung (sog. Radio Network Controller, RNC), zu übermitteln und dort zur Verwaltung und Koordination eines Handovers heranzuziehen. Auch im UMTS-Protokoll ist somit eine Verarbeitung der von dem Endgerät empfangenen Signalfeldstärken in den Basisstationen nicht vorgesehen und technisch auch nicht realisiert.
Aus der WO 2007/010220 A2 ist ein Verfahren zum Zugriff auf ein mobiles Endgerät in einem digitalen zellulären UMTS-Mobilfunknetz von einer virtuellen Basisstation aus bekannt. Dabei steht jedoch die Aufrechterhaltung einer Quasi-Verbindung (sog. „silent call”) zwischen dem identifizierten Endgerät und der virtuellen Basisstation und die sich daraus ergebende Möglichkeit einer Peilung und/oder Ortung im Vordergrund. Zu diesem Zweck wird während einer Nicht-Autorisierungsphase der Anmeldung des Endgeräts bei der Basisstation die Tatsache ausgenutzt, dass die Nicht-Autorisierungsphase eine gewisse Zeitlang künstlich aufrechterhalten werden kann, in dem im UMTS-Standard definierte Zeitkonstanten in ihrer vollen zeitlichen Länge ausgenutzt werden, so dass das Endgerät veranlasst wird, ständig Signale auszusenden, die u. a. von einem Peiler empfang werden können.
Aus der DE 10 2005 041 453 A1 ist ein Verfahren zum Zugriff auf ein mobiles, Endgerät in einem digitalen zellulären Mobilfunknetz bekannt. Dort geht es insbesondere um die Ortung eines mobilen Endgeräts, wobei drei Basisstationen Signale von dem zu ortenden Endgerät mit einer bestimmten Signalstärke empfangen. Die Basisstationen übermitteln die Signalstärken, mit denen sie die Signale von dem Endgerät empfangen, an eine übergeordnete zentrale Einrichtung, wo dann das Endgerät anhand der empfangenen Signalstärken geortet wird.
Die WO 99/21388 betrifft eine sog. Hyperbelortung eines Endgeräts, bei der die Laufzeiten von zwischen dem Endgerät und den Basisstationen übertragenen Signalen zur Ortung herangezogen werden. Entsprechendes gilt für die DE 601 03 848 T2 , die ebenfalls die sog. Hyperbelortung betrifft. Schließlich werden auch in der WO 00/59256 die Laufzeiten von zwischen einem Endgerät und Basisstationen übertragenen Signalen zur Ortung des Endgerätes herangezogen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und effiziente Möglichkeit zu schaffen, um auf das identifizierte UMTS-Endgerät im UMTS-Umfeld manipulativ und/oder informationserfassend zuzugreifen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass das identifizierte Endgerät veranlasst wird, Informationen bezüglich des Mobilfunknetzes an die Basisstation zu übertragen, wobei die von dem identifizierten Endgerät an die Basisstation übertragenen Informationen die Bezeichnungen der sichtbaren Basisstationen, von denen das Endgerät Signale empfängt, sowie die Feldstärke der von den sichtbaren Basisstationen empfangenen Signale umfassen, und die übertragenen Informationen von der Basisstation empfangen werden, dass aus einer Referenzdatenbank charakteristische Informationen bzgl. des Mobilfunknetzes ausgelesen werden und durch die Basisstation anhand der von dem Endgerät empfangenen Informationen und anhand der aus der Datenbank ausgelesenen Informationen eine Peilung und/oder Ortung des mobilen Endgeräts ausgeführt wird.
Die Erfindung geht aus von einem im UMTS-Umfeld identifizierten mobilen Endgerät. Die Identifizierung des Endgeräts kann bspw. nach folgendem Verfahren erfolgen: Eine UMTS-Basisstation, die eigentlich nicht Bestandteil des UMTS-Mobilfunknetzes ist, wird als virtuelle Basisstation in dem Abdeckungsbereich des UMTS-Mobilfunknetzes betrieben. Insbesondere wird die virtuelle Basisstation in der gleichen oder in einer in räumlicher Nähe befindlichen geografischen Funkzelle betrieben, in deren Basisstation das zu identifizierende Endgerät eingebucht ist. Die virtuelle Basisstation sendet mit den für die Datenübertragung über das Mobilfunknetz relevanten Parametern (Frequenzen, Scrambling-Codes, etc.), mit demselben oder einem anderen Location Area Code, aber mit einer höheren Sendestärke, so dass das Endgerät die Basisstation als (vermeintlich) nächstliegende Basisstation erkennt und sich dort einbucht. Beim Einbuchen wird eine Authentifizierungsprozedur durchlaufen, die jedoch abgebrochen wird, da sich die virtuelle Basisstation nicht – wie in UMTS-Netzen erforderlich – gegenüber dem Endgerät authentifizieren kann. Dann startet die virtuelle Basisstation eine Identifizierungsprozedur, wodurch dem zu identifizierenden Endgerät der Eindruck vorgetäuscht wird, die virtuelle Basisstation benötige zu Identifikationszwecken Identifikationsparameter (der SIM-Karte zugeordnete IMSI und/oder dem Endgerät zugeordnete IMEI) des Endgeräts. Daraufhin übermittelt das Endgerät seine IMSI oder IMEI an den Simulator, anhand der zusammen mit den beim Netzbetreiber (Provider) gespeicherten Teilnehmerdaten eine eindeutige Identifikation des Endgeräts bzw. des Teilnehmers möglich ist.
Dies ist nur ein mögliches Verfahren, um ein beliebiges mobiles UMTS-Endgerät zu identifizieren. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das beschriebene Verfahren beschränkt, sondern soll ganz allgemein alle Verfahren umfassen, bei denen ein mobiles UMTS-Endgerät auf beliebige Weise identifiziert und dann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren angepeilt und/oder geortet wird.
Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Anpeilen und/oder Orten des Endgeräts auch in einer beliebigen Basisstation des UMTS-Mobilfunknetzes ausgeführt werden. Dazu muss die Basisstation um eine Referenzdatenbank, in der Informationen bezüglich des Mobilfunknetzes abgespeichert sind, und um die notwendige Intelligenz zum Verarbeiten der Informationen, die einerseits von dem Endgerät kommen und andererseits der Datenbank entnommen werden, um die Peilung und/oder Ortung des Endgeräts durchzuführen, erweitert werden.
Die von dem identifizierten Endgerät an die Basisstation übertragenen Informationen sind insbesondere solche, die Aufschluss über die momentane Situation der Funkumgebung bzw. der Uu-Luftschnittstelle zwischen Basisstationen des Mobilfunknetzes in der näheren Umgebung des Endgeräts und dem identifizierten Endgerät geben. Dies sind beispielsweise die Bezeichnung (Identifikation, ID) der an der Luftschnittstelle des Endgeräts sichtbaren Basisstationen, die von diesen verwendeten Scrambling Codes, und/oder die aktuelle Position des Endgeräts, falls das Endgerät Teil eines satellitenbasierten Positionserfassungssystems ist, das Informationen über die Position des Endgeräts ermittelt. Insbesondere umfassen die übertragenen Informationen die Feldstärken der durch das Endgerät von den sichtbaren Basisstationen in der Umgebung empfangenen Signale. Alternativ oder zusätzlich betreffen die übertragenen Informationen die Laufzeit von Signalen, die das Endgerät von einer oder mehreren, vorzugsweise mindestens drei Basisstationen des Mobilfunknetzes empfängt. Insbesondere wird die tatsächliche Ankunftszeit der Signale ermittelt und mit bspw. in der Referenzdatenbank gespeicherten, erwarteten Werten für die Ankunftszeit verglichen. Es ist auch denkbar, dass eine Differenz zwischen den Laufzeiten der von den verschiedenen Basisstationen empfangenen Signale gebildet wird. Die Laufzeitdifferenzen der Signale können an die Basisstation übermittelt und dort zum Anpeilen und/oder zur Ortung des Endgeräts genutzt werden. Das Endgerät überträgt also auf Anforderung bzw. auf Veranlassung durch die Basisstation die Feldstärkewerte bzw. die Laufzeiten oder Laufzeitdifferenzen der Signalverbindungen zu den an der Uu-Luftschnittstelle des Endgeräts sichtbaren Basisstationen.
Der Basisstation ist eine Referenzdatenbank zugeordnet, in der charakteristische Informationen bezüglich des Mobilfunknetzes abgelegt sind. Diese charakteristischen Informationen können bspw. durch Messfahrten durch den Abdeckungsbereich des Mobilfunknetzes bzw. durch den geschätzten Aufenthaltsbereich des identifizierten und anzupeilenden oder zu ortenden Endgeräts ermittelt werden. Zum Erfassen der Informationen auf Testfahrten kann bspw. ein Monitor-Endgerät eingesetzt werden, das in dem Abdeckungsbereich des Mobilfunknetzes bzw. in dem geschätzten Aufenthaltsbereich des anzupeilenden bzw. zu ortenden Endgeräts angeordnet ist bzw. durch den Bereich bewegt wird. Alternativ können die charakteristischen Informationen auch vom Netzbetreiber (Provider) zur Verfügung gestellt werden. In der Praxis wäre es bspw. denkbar, dass der Provider die charakteristischen Informationen zumindest für einen Teil des Mobilfunknetzes auf richterliche Anordnung hin an Anwender des erfindungsgemäßen Verfahrens herausgibt. Selbstverständlich können die in der Referenzdatenbank abgelegten Informationen betreffend das Mobilfunknetz auch auf beliebig andere Weise ermittelt werden. Die charakteristischen Informationen bezüglich des Mobilfunknetzes umfassen bspw. eine Liste aller im Mobilfunknetz oder in einem bestimmten Bereich des Mobilfunknetzes vorhanden Basisstationen, deren Bezeichnung (Identifikation, ID), deren Sendefrequenzen, deren Position (Geolocation), deren Abstrahlrichtung, von den einzelnen Basisstationen abgedeckte Sektoren einer Funkzelle (Sektorisierung) etc.
Es ist denkbar, dass in der Referenzdatenbank auch Informationen bezüglich der an einem bestimmten Ort in dem Abdeckungsbereich des Mobilfunknetzes sichtbaren Basisstationen und bezüglich der Qualität von Signalen abgelegt sein, die von den sichtbaren Basisstation ausgesandt und an einem bestimmten Ort von einem Endgerät empfangen werden. Diese Informationen können flächendeckend für einen Teil oder gar den gesamten Abdeckungsbereich des Mobilfunknetzes bspw. auf Messfahrten mit einem Monitor-Endgerät ermittelt und in der Datenbank abgelegt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung erhält die Basisstation also einerseits von dem Endgerät aktuelle Informationen bezüglich des Mobilfunknetzes und liest andererseits entsprechende vorab in der Referenzdatenbank abgelegte Informationen aus der Datenbank aus. Durch einen Vergleich der empfangenen Informationen mit den Informationen aus der Datenbank kann mit relativ hoher Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit eine Peilung bzw. Ortung des mobilen Endgeräts ausgeführt werden.
So kann bspw. anhand eines Vergleichs einer Liste der von dem mobilen Endgerät aktuell sichtbaren Basisstationen mit den in der Referenzdatenbank abgespeicherten Liste der Basisstationen und ihren Positionen eine relativ genaue Peilung bzw. Abschätzung der aktuellen Position des Endgeräts vorgenommen werden. Auch wenn die Werte für die Feldstärke der durch das Endgerät von den sichtbaren Basisstationen empfangenen Signale vorliegen und mit entsprechenden in der Referenzdatenbank für verschiedene Orte des Abdeckungsbereichs des Mobilfunknetzes abgelegten Werten verglichen werden, kann eine relativ genaue Peilung bzw. Berechnung der aktuellen Position des Endgeräts vorgenommen werden. Es ist denkbar, dass beide Möglichkeiten sich gegenseitig ergänzen, um so zu einer besonders genauen Peilung bzw. Ortung des mobilen Endgeräts zu gelangen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Endgerät Teil eines satellitenbasierten Positionsbestimmungssystems ist und Informationen über die von dem Positionsbestimmungssystem ermittelte Position des Endgeräts an die Basisstation übermittelt. Die Positionsinformationen können bspw. mithilfe eines GPS(Global Positioning System)-, GLONASS(Globales Navigations-Satelliten-System)-, GALILEO-, MTSAT(Multifunctional Transport Satellite System)-, Compass- oder Euteltracs-Systems ermittelt werden. Selbstverständlich können auch andere satellitenbasierte Positionsbestimmungssysteme eingesetzt werden. Selbst der Einsatz von nicht satellitenbasierten Positionsbestimmungssystemen, bspw. im Inneren von Gebäuden, wäre denkbar. Die Positionsinformationen des satellitenbasierten Positionsbestimmungssystems können zur Korrektur des Ergebnisses der Peilung und/oder Ortung des mobilen Endgeräts oder aber als alleinige Information zur Peilung und/oder Ortung des Endgeräts genutzt werden. In diesem Fall würde also das Endgerät von der Basisstation dazu veranlasst, satellitengestützt ermittelte Positionsinformationen des Endgeräts an die Basisstation zu übermitteln, die dann anhand der Positionsinformationen eine Peilung und/oder Ortung des Endgeräts durchführt. Gemäß dieser Weiterbildung verfügt das mobile Endgerät über eine Antenne zum Empfangen von Satellitensignalen und über Rechenmittel zum Umrechnen der Signale bzw. der Signaleigenschaften (z. B. Laufzeit der Signale) in die konkreten Positionsinformationen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Ergebnisse der Peilung und/oder Ortung des mobilen Endgeräts von der Basisstation in einer Datenbank abgelegt werden. Dies kann die Referenzdatenbank oder eine beliebig andere Datenbank sein, auf welche die Basisstation Zugriff hat. Vorzugsweise ist die Datenbank integraler Bestandteil der Basisstation, welche die Peilung und/oder Ortung des Endgeräts ausführt, insbesondere einer virtuellen Basisstation, die zum Identifizieren, Interzeptieren (engl. interception), Manipulieren und/oder Abhören des Endgeräts im Abdeckungsbereich des Mobilfunknetzes angeordnet wird. Vorzugsweise werden in der Datenbank auch die für die Peilung und/oder Ortung charakterisierenden Angaben, umfassend mindestens eine der Angaben Zeitpunkt, Ort oder Bezeichnung der Peilung und/oder Ortung, abgelegt. Auf diese Weise kann der gesamte Vorgang protokolliert werden. Das Protokoll kann zu einem späteren Zeitpunkt ausgewertet oder als Beweismittel in einem Rechtsstreit verwertet werden.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der zeitliche Verlauf des Ergebnisses der Peilung und/oder Ortung des mobilen Endgeräts verfolgt wird und anhand des vergangenen zeitlichen Verlaufs eine Peilung und/oder Ortung des mobilen Endgeräts für die Zukunft ermittelt wird. Vorteilhafterweise wird in Abhängigkeit von der vorhergesagten Peilung und/oder Ortung des mobilen Endgeräts die virtuelle Basisstation bewegt und/oder werden Sendeparameter der virtuellen Basisstation variiert. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass ein in der virtuellen Basisstation eingebuchtes Endgerät zu einer anderen herkömmlichen Basisstation des Mobilfunknetzes wechselt und sich dort einbucht, wenn die Entfernung zu der virtuellen Basisstation zu groß wird und damit das Signal der virtuellen Basisstation schwächer wird, so dass das Endgerät die Signale anderer Basisstationen eventuell stärker empfängt. Ein Wechsel des Endgeräts von der virtuellen Basisstation zu einer anderen Basisstation des Mobilfunknetzes würde einen Abbruch des Interzeptierens, Manipulierens und/oder Abhörens des Endgeräts durch die virtuelle Basisstation bedeuten, was mit der vorgeschlagenen Weiterbildung verhindert werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Informationen bezüglich des Mobilfunknetzes zeitgesteuert und/oder ereignisgesteuert von der Basisstation erfasst werden. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Basisstation das mobile Endgerät einmalig veranlasst, zu bestimmten Zeitpunkten und/oder beim Auftreten bestimmter Ereignisse (z. B. einer mittels GPS festgestellten Positionsänderung des Endgeräts) die Informationen bezüglich des Mobilfunknetzes an die Basisstation zu übertragen. Alternativ kann die Basisstation das Endgerät jedes Mal gesondert auffordern, die gewünschten Informationen zu übermitteln, wenn ein bestimmter Zeitpunkt erreicht und/oder ein bestimmtes Ereignis eingetreten ist. In dem ersten Fall erfolgt die Koordination der Informationsübertragung zwischen Endgerät und Basisstation also durch das Endgerät und im zweiten Fall durch die Basisstation. Der erste Fall hat den Vorteil, dass die Mengen der zwischen Basisstation und Endgerät über die Luftschnittstelle zu übertragenden Daten geringer ist, da die Aufforderung zur Informationsübertragung nur ein einziges Mal von der Basisstation an das Endgerät übermittelt werden muss. Der zweite Fall hat den Vorteil, dass im Endgerät keine zusätzliche Intelligenz zur Koordination der Informationsübertragung erforderlich ist.
Schließlich wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass die Basisstation digitale Karteninformationen auf einem Bildschirm grafisch darstellt und die aus der Referenzdatenbank ausgelesenen charakteristischen Informationen bezüglich des Mobilfunknetzes grafisch aufbereitet und der grafischen Darstellung der Karteninformationen überlagert werden. Diese Weiterbildung ist insbesondere für den Einsatz in einer virtuellen Basisstation zum Identifizieren, Interzeptieren, Manipulieren und/oder Abhören eines mobilen Endgeräts des UMTS-Mobilfunknetzes interessant. Anstatt abstrakte Positionsinformationen verarbeiten zu müssen, können die Ergebnisse der Peilung und/oder Ortung des Endgeräts anschaulich auf einer auf einem Bildschirm abgebildeten topografischen Landkarte oder Übersichtskarte eines bestimmten Geländeabschnitts dargestellt werden. Zusätzlich können auf der Karte auch die Positionen der Basisstationen des Mobilfunknetzes (aus der Referenzdatenbank), insbesondere der für das Endgerät sichtbaren Basisstationen (gemäß der von dem Endgerät an die Basisstationen übermittelten Informationen), die Position der virtuellen Basisstation, die Abdeckungsbereiche der einzelnen Basisstationen und die Bereiche der Funkzellen dargestellt werden. Selbstverständlich ist es denkbar, die genannten Informationen nicht auf einer Karte, sondern auf einem Satellitenfoto oder einer Kombination aus Karte und Satellitenfoto darzustellen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße virtuelle Basisstation zum Anpeilen und/oder Orten eines mobilen Endgeräts in einem digitalen zellulären Mobilfunknetz gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
2 eine aus dem Stand der Technik bekannte virtuelle Basisstation zum Identifizieren eines mobilen Endgeräts in einem digitalen zellulären Mobilfunknetz;
3 eine Darstellung auf einem Bildschirm einer erfindungsgemäßen virtuellen Basisstation; und
4 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Korrektur des Ergebnisses der Peilung und/oder Ortung.
Sicherheitskräften obliegen unter anderem die Aufgaben, bereits begangene Verbrechen aufzuklären bzw. noch nicht begangene Verbrechen abzuwehren. Ein wichtiger Aspekt bei der Erfüllung dieser Aufgaben ist die Möglichkeit, in begründeten Ausnahmefällen eine verdächtige Person anhand eines von ihr benutzten Mobiltelefons identifizieren, das Endgerät anpeilen und/oder orten und von der Person über das Mobiltelefon geführte Telefongespräche abhören, aufzeichnen und auswerten zu können.
Es gibt verschiedene Mobilfunknetze zur Datenübertragung. Sehr weit verbreitet sowohl bezüglich der Netzabdeckung als auch bezüglich der Anzahl der im Einsatz befindlichen mobilen Endgeräte sind GSM(Global System for Mobile Communications)-Mobilfunknetze. Seit einigen Jahren verfügbar und zunehmend verbreitet sind UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)-Mobilfunknetze. Diese beiden Standards unterscheiden sich bspw. hinsichtlich der Authentifizierung, des Integritätsschutzes und der Verschlüsselung. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass in UMTS ein so genanntes Code Division Multiple Access-Verfahren (CDMA) eingesetzt wird, während GSM auf eine Kombination von Frequency Division Multiple Access- und Time Division Multiple Access-Verfahren (FDMA/TDMA) zurückgreift. Aufgrund dieser markanten Unterschiede können in GSM-Netzen eingesetzte Verfahren und Vorrichtungen zum Identifizieren und Anpeilen und/oder Orten eines mobilen Endgeräts nicht auf UMTS-Netze übertragen werden.
Die vorliegende Erfindung schlägt erstmals ein Verfahren vor, mit dem auch in UMTS-Mobilfunknetzen auf eine einfache und effiziente Weise eine sichere und zuverlässige Peilung und/oder Ortung eines Endgeräts einer verdächtigen Person möglich ist. Dabei wird von einem bereits identifizierten Endgerät im UMTS-Netz ausgegangen. Zum Identifizieren können verschiedene Verfahren eingesetzt werden, von denen eines aus der DE 10 2005 040 002 A1 bekannt ist und nachfolgend anhand der 2 beispielhaft beschrieben wird.
In 2 ist eine bekannte Vorrichtung zum Identifizieren eines mobilen Endgeräts in einem UMTS-Mobilfunknetz dargestellt. Die Vorrichtung wird als UTRAN(UMTS Terrestrial Radio Access Network)-Simulator bezeichnet und ist in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Der Simulator 1 umfasst eine simulierte (virtuelle) UMTS-Basisstation 2, die als NodeB bezeichnet wird, und ein Monitor-Endgerät 3, das nach dem UMTS-Standard arbeitet und als Monitor-UE (User Equipment) bezeichnet wird. Außerdem umfasst der Simulator 1 eine RNC(Radio Network Controller)-Funktionalität 4. Zwischen dem simulierten NodeB 2 und der RNC-Funktionalität 4 ist eine sog. Iub-Schnittstelle 5 vorgesehen. Außerdem weist der UTRAN-Simulator 1 einen Steuer- und Bedienrechner 10 auf, der den Ablauf des Identifizierungsprozesses steuert.
Darüber hinaus umfasst der bekannte UTRAN-Simulator 1 eine simulierte (virtuelle) GSM-Basisstation 12, die als Base Transceiver Station (BTS) bezeichnet wird, und ein GSM-Endgerät 13, das nach dem GSM-Standard arbeitet. Das UMTS-Endgerät 3 und das GSM-Endgerät 13 können auch zu einer Einheit zusammengefasst sein. Das ist ohne weiteres möglich, da UMTS-Endgeräte üblicherweise sowieso eine GSM-Funktionalität aufweisen, um eine sichere und zuverlässige Gesprächsverbindung auch in geografischen Gebieten mit unzureichender UMTS-Abdeckung sicherstellen zu können. Außerdem weist der Simulator 1 eine BSC(Base Station Controller)-Funktionalität 14. auf. Zwischen der simulierten BTS 12 und der BSC-Funktionalität 14 ist eine Schnittstelle 15 vorgesehen.
Des weiteren ist ein externes Messsystem 11 vorgesehen, das die für UMTS relevanten Parameter der den Simulator 1 umgebenden Basisstationen misst. Selbstverständlich kann das Messsystem 11 auch in den Simulator 1 integriert sein. Als Messsystem 11 wird vorzugsweise das UMTS-Monitor-Endgerät 3 genutzt, sodass kein zusätzliches Messsystem mehr erforderlich ist. Aus diesem Grund ist das Messsystem 11 in 2 lediglich gestrichelt dargestellt. Das Messsystem 3 bzw. 11 erstellt einen Überblick über das zelluläre UMTS-Umfeld, der dann an den UTRAN-Simulator 1 übermittelt wird.
Der Simulator 1 wird zur Identifizierung eines mobilen Endgeräts (UE) 7 in eine reale UMTS-Umgebung eingebracht, welche eine reale Basisstation (NodeB) 6 und das reale Endgerät 7 umfasst. Selbstverständlich kann die UMTS-Umgebung mehr Basisstationen als die dargestellte Basisstation 6 und mehr Endgeräte als das dargestellte Endgerät 7 umfassen. Das Endgerät 7 ist das zu identifizierende Endgerät und wird auch als Target-UE bezeichnet. Ein beliebiges UMTS-Endgerät wird gemäß der hier verwendeten Terminologie zu einem Target-UE 7, wenn es sich im UTRAN-Simulator 1 angemeldet (auch partiell) oder eingebucht hat. Zwischen dem realen Endgerät 7 und dem simulierten NodeB 2 ist eine Uu-Luftschnittstelle 8 vorgesehen. Zwischen dem simulierten Endgerät 3 und dem realen NodeB 6 ist eine weitere Luftschnittstelle 9 vorgesehen.
Ein zelluläres UMTS-Mobilfunknetz umfasst eine Vielzahl von Funkzellen. Einige der Funkzellen gehören zu einer ersten sog. Location Area, wobei all diesen Funkzellen der gleiche Location Area Code (LAC) zugeordnet ist (z. B. LAC = 1000). Andere Funkzellen gehören zu einer zweiten Location Area, wobei all diesen Funkzellen der gleiche Location Area Code zugeordnet ist (z. B. LAC = 2000), der sich von dem ersten Location Area Code unterscheidet. Basisstationen (NodeBs) decken eine oder mehrere der Funkzellen ab.
Zu Beginn des Verfahrens zur Identifikation des Endgeräts 7 wird der Simulator 1 in der räumlichen Nähe zu dem zu identifizierenden UMTS-Endgerät 7 in das UMTS-Umfeld eingebracht. Der UTRAN-Simulator 1 wird in einer der geographischen Funkzellen des UMTS-Netzes betrieben, in deren Basisstation das zu identifizierende Endgerät 7 zunächst eingebucht ist. Möglicherweise ist das Endgerät 7 zusammen mit anderen Endgeräten in einer Basisstation 6 dieser Funkzelle eingebucht. Mit dem Messsystem 3; 11 werden die für UMTS relevanten Parameter der den Simulator 1 umgebenden Basisstationen 6 gemessen bzw. auf andere Weise erfasst und an den UTRAN-Simulator 1 übergeben. Diese Parameter umfassen bspw. sog. Scrambling Codes der Funkzellen, die Sendeleistungen der Basisstationen, Identitätsparameter der NodeBs und andere Systeminformationen.
Der UTRAN-Simulator 1 sendet seinerseits Systeminformationen in dem gleichen Frequenzband, wie die benachbarten Basisstationen 6, jedoch mit einer höheren Sendeleistung, so dass die in der räumlichen Nähe zu dem Simulator 1 angeordneten Endgeräte (und damit auch das zu identifizierende Endgerät 7) den Simulator 1 als neue (simulierte) Basisstation erkennen. Der Simulator 1 kann mit einer anderen Location Area Code (z. B. LAC = 3000) senden, damit die in der räumlichen Nähe zu dem Simulator 1 angeordneten Endgeräte (und damit auch das zu identifizierende Endgerät 7) den Eindruck bekommen, sie hätten sich räumlich in einen neuen Bereich mit einem neuen LAC, also in ein neues Location Area bewegt. Der LAC der simulierten Basisstation 2 ist derart gewählt, dass er von den regulären Basisstationen 6 in der Umgebung des Simulators 1 nicht verwendet wird. Alternativ kann der UTRAN-Simulator 1 auch mit einem Location Area Code der in räumlicher Nähe zu dem Endgerät 7 angeordneten realen Funkzellen senden. Die höhere Leistung, mit der das zu identifizierende Endgerät 7 Signale von der virtuellen Basisstation 2 empfängt, genügt, damit das Endgerät 7 die virtuelle Basisstation 2 als neue Basisstation akzeptiert und sich dort einzubuchen versucht.
Durch die höhere Sendeleistung und wahlweise durch den anderen LAC wird in den in der Umgebung befindlichen Endgeräten (und damit auch in dem zu identifizierenden Endgerät 7) eine sog. Location Update Prozedur initiiert, in deren Rahmen sich die Endgeräte mit ihren Identifikationsparametern bei der virtuellen Basisstation 2 anmelden. Die Identifikationsparameter umfassen bspw. eine einer SIM(Subscriber Identity Module)-Karte zugeordnete IMSI (International Mobile Subscriber Identity), eine TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) und/oder eine dem Endgerät zugeordnete IMEI (International Mobile Equipment Identity). Anhand dieser Identifikationsparameter erfolgt dann eine Identifikation des Endgeräts 7. Dazu können Informationen aus einer Teilnehmer-Datenbank des Netzwerk-Providers herangezogen werden.
Der eigentliche Name und die persönlichen Daten des Benutzers des Endgeräts 7 sind beim Betreiber (sog. Provider) des Mobilfunknetzes abgelegt und können von dort bspw. im Rahmen einer Behördenanfrage oder auf anderem Wege erfragt werden. Nur beim Provider sind sog. Cross-Reference-Listen verfügbar, die eine Zuordnung der IMSI zu einem Benutzer bzw. der IMSI zu einer Rufnummer ermöglichen. Die TMSI ist – wie der Name schon sagt – lediglich temporärer Natur und erlaubt keine eindeutige Zuordnung zu einem bestimmten Benutzer oder einer bestimmten Rufnummer. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass die IMSI oder die IMEI und nicht nur die TMSI zur Verfügung steht.
In 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen UTRAN-Simulators in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet. Der Simulator 20 umfasst eine virtuelle Basisstation (NodeB) 21, ein virtuelles Endgerät (Monitor-UE) 22 (entsprechend dem virtuellen Endgerät 3 bzw. dem Messsystem 11 des bekannten Simulators 1 aus 2) und eine RNC-Funktionalität 23. Zwischen der Basisstation 21 und der RNC-Funktionalität 23 ist eine Iub-Schnittstelle 24 ausgebildet. Dies sind alles Komponenten eines UMTS-Netzes. Eine Basisstation (BTS) und eine Basisstationssteuerung (Base Station Controller, BSC) sowie ein virtuelles Endgerät für ein GSM-Netz sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Simulators 20 nicht vorhanden, da das Target-Endgerät 7 nach der Identifikation im UMTS-Umfeld nicht an das GSM-Netz abgewiesen wird.
Selbstverständlich ist es aber auch denkbar, den UTRAN-Simulator 20 mit den entsprechenden Komponenten des GSM-Netzes auszustatten, falls eine Abweisung des Endgeräts 7 an das GSM-Netz nach der Identifizierung geplant ist, bspw. zum Abhören der über das Endgerät 7 geführten Gespräche mittels eines aus der DE 199 20 222 A1 bekannten Verfahrens.
Des weiteren verfügt der UTRAN-Simulator 20 gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 1 über eine GPS-Einheit 25 als Teil eines satellitenbasierten Positionserfassungssystems. Selbstverständlich ist die Einheit 25 nicht auf GPS beschränkt und kann Teil eines beliebigen anderen satellitenbasierten Positionserfassungssystems sein. Die Einheit 25 umfasst eine Empfangsantenne zum Empfangen von Signalen von Satelliten 26 des Positionserfassungssystems und Rechenmittel zum Auswerten und Verarbeiten der Satellitensignale zur Ermittlung der aktuellen Position des Simulators 20. Außerdem weist der Simulator 20 eine Referenzdatenbank 27 auf, in der charakteristische Informationen bezüglich des UMTS-Mobilfunknetzes abgelegt sind. Diese charakteristischen Informationen können bspw. durch Messfahrten durch den Abdeckungsbereich des Mobilfunknetzes bzw. durch den geschätzten Aufenthaltsbereich des identifizierten und anzupeilenden oder zu ortenden Endgeräts 7 ermittelt werden. Zum Erfassen der Informationen auf Testfahrten kann bspw. das Monitor-Endgerät 22 eingesetzt werden, das in dem Abdeckungsbereich des Mobilfunknetzes bzw. in dem geschätzten Aufenthaltsbereich des anzupeilenden bzw. zu ortenden Endgeräts 7 angeordnet ist bzw. durch den Bereich bewegt wird. Alternativ können die charakteristischen Informationen auch vom Netzbetreiber (Provider) zur Verfügung gestellt werden. Selbstverständlich können die in der Referenzdatenbank abgelegten Informationen betreffend das Mobilfunknetz auch auf beliebig andere Weise ermittelt werden.
Die charakteristischen Informationen bezüglich des Mobilfunknetzes umfassen bspw. eine Liste aller im UMTS-Netz oder in einem bestimmten Bereich des Mobilfunknetzes vorhanden Basisstationen 6, deren Bezeichnung (Identifikation, ID), deren Sendefrequenzen, deren Position (Geolocation), deren Abstrahlrichtung, von den einzelnen Basisstationen 6 abgedeckte Sektoren einer Funkzelle (Sektorisierung) etc.
Es ist denkbar, dass in der Referenzdatenbank 27 auch Informationen bezüglich der an einem bestimmten Ort in dem Abdeckungsbereich des UMTS-Mobilfunknetzes sichtbaren Basisstationen 6 und bezüglich der Qualität von Signalen abgelegt sind, die von den sichtbaren Basisstation 6 ausgesandt und an dem bestimmten Ort von einem Endgerät empfangen werden. Diese Informationen können flächendeckend für einen Teil oder gar den gesamten Abdeckungsbereich des Mobilfunknetzes bspw. auf Messfahrten mit einem Monitor-Endgerät ermittelt und in der Datenbank 27 abgelegt werden. Diese Informationen können, wie später noch im Detail erläutert wird, für eine Korrektur der Ergebnisse der Peilung und/oder Ortung des Endgeräts 7 herangezogen werden.
Ermittlung der Umgebungsbedingungen am Ort des Target-UE 7 mit Hilfe von remote ausgelesenen spezifischen Parametern des Mobilgeräts 7 und des UMTS-Netzes
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung identifiziert der UTRAN-Simulator 20 zunächst das in der Nähe befindliche UMTS-Mobilgerät 7. Neben den vom Target-UE 7 bekannten Parametern wie IMSI, IMEI und TMSI veranlasst der Simulator 20 das identifizierte Target-UE 7 über die Uu-Luftschnittstelle 8 weitere Netz- und Geräteparameter an den Simulator 20 zu übermitteln (z. B. sichtbare NodeBs 6 und deren Scrambling-Codes, Werte der Feldstärke, mit der das Target-UE 7 Signale von den sichtbaren NodeBs 6 empfängt, Werte der Laufzeiten bzw. der Laufzeitdifferenzen der von den sichtbaren NodeBs 6 empfangenen Signale und GPS-Parameter, sofern im Target-UE 7 eine GPS-Einheit integriert ist). Das Target-UE 7 wird von dem Simulator 20 abgewiesen und bucht daraufhin in eine GSM-Funkzelle ein. Dies setzt voraus, dass der Simulator 20, ähnlich wie der bekannte Simulator 1 aus 2, über eine virtuelle GSM-Basisstation, eine Basisstationssteuerungsfunktionalität (BSC-Funktionalität) und ein virtuelles GSM-Endgerät verfügt. Über die GSM-Funkzelle können über das Endgerät 7 geführte Telefongespräche oder Datenübertragungen bspw. nach dem aus der DE 199 20 222 A1 bekannten Verfahren abgehört und mitgeschnitten werden.
Anhand der in der Referenzdatenbank 27 abgespeicherten Informationen bezüglich des UMTS-Mobilfunknetzes und anhand der von dem Endgerät 7 an den Simulator 20 übertragenen Informationen bezüglich des UMTS-Netzes kann eine Peilung und/oder Ortung des Endgeräts 7 durchgeführt werden. Während in der Datenbank 27 eher statische oder quasi-statische (sich zeitlich nur langsam ändernde Daten) Informationen (Liste, Bezeichnung, Geolocation, Abstrahlrichtung und/oder Sektorisierung der Basisstationen 6; an verschiedenen diskreten Orten im Mobilfunknetz gegebene Feldstärken der sichtbaren Basisstationen 6) abgespeichert sind, werden von dem Endgerät 7 eher dynamische Informationen (an dem aktuellen Ort des Endgeräts 7 gegebene Feldstärken der sichtbaren Basisstationen 6 oder Laufzeiten bzw. Laufzeitdifferenzen der an dem aktuellen Ort des Endgeräts 7 durch dieses von anderen Basisstationen empfangenen Signale) an den Simulator 20 übertragen. Selbstverständlich können auch die an den Simulator 20 übermittelten Parameter in einer lokalen Datenbank, bspw. der Referenzdatenbank 27 abgespeichert werden, möglicherweise zusammen mit weiteren relevanten Angaben wie z. B. Zeit, Einsatzort oder Bezeichnung der Peilung und/oder Ortung des Endgeräts 7. Durch die in der Datenbank abgespeicherten Parameter kann der Inhalt der Datenbank 27 aktualisiert bzw. ergänzt werden.
Erstellung und Pflege einer UMTS-Netzdatenbank unter Verwendung von erfassten Parametern durch das Monitor-UE 22
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung liest der UTRAN-Simulator 20 aus dem integrierten Monitor-UE 22 zyklisch alle umliegenden und an der Luftschnittstelle „sichtbaren” Basisstationen 6 der Mobilfunkzelle samt ihrer relevanten Daten (Liste, Bezeichnung und/oder Scrambling-Code der Basisstationen 6; an verschiedenen diskreten Orten im Mobilfunknetz gegebene Feldstärken bzw. Laufzeiten oder Laufzeitdifferenzen der sichtbaren Basisstationen 6) aus. Diese Daten werden zusammen mit Zeit, Einsatzort und – sofern vorhanden – von GPS-Empfängern gelieferten Positionsdaten in einer lokalen Datenbank abgespeichert, bspw. der Referenzdatenbank 27. Die Datenbank 27 kann bereits andere vorzugsweise statische oder quasi-statische Daten über das UMTS-Mobilfunknetz enthalten, insbesondere über die Basisstationen 6, wie bspw. Sendeleistung, Sendefrequenzen, Geolocation, Abstrahlrichtung und/oder Sektorisierung der Basisstationen 6. Die Erfassung der relevanten Daten der Mobilfunkzelle durch das Monitor-UE 22 kann regelmäßig oder unregelmäßig bei Bedarf ausgeführt bzw. wiederholt werden. Dadurch kann der Dateninhalt der Datenbank 27 einerseits auf einem aktuellen Stand gehalten werden und andererseits eine breiter Datengrundlage für andere Verfahren, bspw. für andere interzeptive oder manipulative Zugriffe auf das UMTS-Endgerät 7, geschaffen werden.
Gewinnen von Lokalisierungsinformationen mittels der von dem Target-UE 7 übermittelten dynamischen Parameter und der in der Datenbank 27 abgelegten statischen bzw. quasi-statischen Informationen
Eine dritte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung basiert auf der oben beschriebenen ersten Ausführungsform und den dabei gewonnen Informationen über das Target-UE 7 und über die Bedingungen an seinem aktuellen Aufenthaltsort. In dem UTRAN-Simulator 20 werden die von dem Target-UE 7 erhaltenen, eher dynamischen Informationen zusammen mit den in der Datenbank 27 abgespeicherten, eher statische oder quasi-statische Informationen zur Peilung und/oder Ortung des Endgeräts 7 verarbeitet. Die von dem Target-UE 7 erfassten Feldstärken von umliegenden Basisstationen 6 entsprechen virtuellen Kreisen der Funkreichweiten um die Basisstationen 6, sofern sie auf deren jeweils bekannte und bereits in der Referenzdatenbank 27 abgespeicherte Sendeleistungen sowie die ebenfalls bekannte und in der Referenzdatenbank 27 abgespeicherte Signaldämpfung über den Ausbreitungsweg bezogen werden. Mit Hilfe der ebenfalls aus der Datenbank 27 bekannten Geolocations und weiterer Daten der Basisstationen 6 lässt sich daraus jeweils eine ungefähre Entfernungsangabe zwischen Target-UE 7 und jeder Basisstation 6 ermitteln. Ist aus dem Target-UE 7 auch eine ausgelesene GPS-Position bekannt, so ist dessen Aufenthaltsort dadurch mit höherer Genauigkeit bestimmbar. Die Informationen über die ermittelte Position des Endgeräts 7 sowie die Art, wie diese ermittelt wurde, kann wiederum in einer lokalen Datenbank, bspw. der Referenzdatenbank 27, abgespeichert werden.
Erhöhung der Genauigkeit der Positionsbestimmung unter Verwendung von GPS-Referenzdaten und NodeB-/BTS-Feldstärken im UTRAN-Simulator 20
Gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung lässt sich am UTRAN-Simulator 20 an jedem beliebigen Standort im Abdeckungsbereich des Mobilfunknetzes und zu jeder beliebigen Zeit durch das integrierte Monitor-UE 22 die Mobilfunk-Netzumgebung vermessen. Gleichzeitig sind die durch den im UTRAN-Simulator 20 integrierten GPS-Empfänger 25 empfangenen GPS-Positionsdaten in hinreichender Genauigkeit bekannt. 4 zeigt einen Ausschnitt des Abdeckungsbereichs eines Mobilfunknetzes. Eine anhand der GPS-Positionsdaten ermittelte GPS-Position ist mit dem Bezugszeichen 40 bezeichnet, eine anhand der Feldstärken der sichtbaren Basisstationen 6 errechnete Position des UTRAN-Simulators 20 ist mit dem Bezugszeichen 41 bezeichnet. GPS-Positionen 40 und anhand der Feldstärken der sichtbaren Basisstationen 6 errechnete Positionen 41 des UTRAN-Simulators 20 lassen sich in Relation zueinander setzen. Dadurch kann ein Maß für die Ungenauigkeit der anhand der Feldstärken ermittelte Position 41 bzw. ein Korrekturwert angegeben werden. Der Korrekturwert entspricht einem Vektor 42, d. h. einer Verschiebung des anhand der Feldstärken ermittelten Position 41 in eine bestimmte Richtung α um einen bestimmten Betrag.
Durch die örtliche Nähe des UTRAN-Simulators 20 zum Target-UE 7 (der Abstand zwischen beiden entspricht üblicherweise höchstens wenigen hundert Metern), kann davon ausgegangen werden, dass die entsprechenden Verhältnisse bezüglich der Ungenauigkeit der Ortung des Endgeräts 22 anhand der Feldstärken, wie sie im Umfeld des Simulators 20 herrschen, näherungsweise auch für den Standort des Target-UE 7 gelten. Die Ergebnisse der anhand der Feldstärken der sichtbaren Basisstationen 6 ausgeführten Peilung und/oder Ortung können folglich um den gleichen Korrekturwert 42 korrigiert werden wie die in entsprechender Weise ermittelte Position des Simulators 20. In 4 ist die anhand der Feldstärken ermittelte Position des Endgeräts mit dem Bezugszeichen 43 und die korrigierte Position mit dem Bezugszeichen 44 bezeichnet. Dadurch lässt sich durch Rückrechnung des nun bekannten Fehlers entsprechend die Positionsangabe 43 des Target-UE 7 weiter verbessern bzw. präzisieren, ohne dass das Target-UE 7 eine GPS-Einheit aufweisen muss. Diese Korrektur wird auch als lokaler Differenzabgleich zur GPS-Referenz bezeichnet.
Alternativ oder zusätzlich kann die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Peilung und/oder Ortung des Endgeräts 7 über die Feldstärken der empfangenen Signale auch mit Hilfe der ermittelten Laufzeiten bzw. Laufzeitdifferenzen der empfangenen Signale verbessert werden. Die Informationen über die Laufzeit der Signale werden vorzugsweise in Systemrahmen (sog. System Frames) von mehreren Basisstationen, vorzugsweise von mindestens drei Basisstationen des Mobilfunknetzes, zum Endgerät übertragen. Insbesondere wird die tatsächliche Ankunftszeit der Signale bei dem Endgerät ermittelt und zur Bildung einer Laufzeitdifferenz mit bspw. in der Referenzdatenbank gespeicherten, erwarteten Werten für die Ankunftszeit verglichen. Es ist auch denkbar, dass eine Differenz zwischen den Laufzeiten der von den verschiedenen Basisstationen empfangenen Signale gebildet wird. Die Laufzeitdifferenzen der Signale können von dem Endgerät 7 an die Basisstation 21 übermittelt und dort zum Anpeilen und/oder zur Ortung des Endgeräts 7 bzw. zur Verbesserung der Peilungs- und/oder Ortungsgenauigkeit genutzt werden.
Kartendarstellung von Positionen unter Verwendung von GPS-Referenz und Zellen-Feldstärken im UTRAN-Simulator 20
Gemäß der fünften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass im UTRAN-Simulator 20 digitales Kartenmaterial vorliegt, das georeferenziert ist. Diese Kartenmaterial bzw. der Bereich des Kartenmaterials, in dem das Target-UE 7 vermutet wird (vor der Ausführung der Peilung und/oder Ortung) oder in dem das Target-UE laut Ergebnis der Peilung und/oder Ortung lokalisiert ist, wird auf einem Bildschirm des Simulators 20 dargestellt. Selbstverständlich kann der Bildschirm auch über ein Netzwerk, insbesondere ein LAN oder das Internet, mit dem UTRAN-Simulator 20 in Verbindung stehen, so dass das Kartenmaterial in einer Entfernung zum UTRAN-Simulator 20, bspw. in einer mobilen oder stationären Einsatzleitstelle, dargestellt werden kann. Eine entsprechende Bildschirmdarstellung ist in 3 dargestellt. Dazu existiert ein Overlay der Mobilfunk-Netzabdeckung mit Positionen und Sektorisierung aller bekannten Mobilfunkzellen.
Die Overlay-Daten können in einer lokalen Datenbank, bspw. in der Referenz-Datenbank 27 abgelegt sein.
Genau bekannte Positionen von Objekten (Basisstationen 6, Target-UE 7 oder UTRAN-Simulator 20) des Mobilfunknetzes können direkt in der Karte angezeigt werden. Dazu können geeignete Symbole gewählt und in der Karte dargestellt werden. Die Symbole können interaktiv ausgebildet sein, so dass durch Auswahl bzw. Anklicken des Symbols zusätzliche Informationen zu dem dargestellten Objekt angezeigt werden. Für das Target-UE 7 sichtbare Basisstationen 6 sowie für den UTRAN-Simulator 20 sichtbare Basisstationen können grafisch oder farblich gekennzeichnet werden. In 3 ist die ermittelte Position des Target-UE 7 durch ein Kreuz mit dem Bezugszeichen 30 gekennzeichnet, wobei anzumerken ist, dass die Bezugszeichen nicht Teil der eigentlichen Bildschirmanzeige sind. Die Basisstationen 6 des Netzes sind durch ein entsprechendes Symbol mit den Bezugszeichen 31 bis 35 bezeichnet, wobei die für das Target-UE 7 sichtbaren Basisstationen 31 bis 33 durch einen Punkt in dem unteren Kreis gekennzeichnet sind. Die Reichweite der Basisstationen 31 bis 33 ist durch Kreise 31a bis 33a um die Basisstationen 31 bis 33 gekennzeichnet. Die Position des UTRAN-Simulators 20 ist in der dargestellten Karte durch ein Rechteck mit dem Bezugszeichen 36 bezeichnet.
Falls die Position des Target-UE 7 nicht genau bekannt ist, da sie bspw. anhand der Feldstärken der sichtbaren Basisstationen 31 bis 33 bestimmt wurde, kann auf der Karte zusammen mit den Regionen 31a bis 33a der Funkabdeckung der relevanten Basisstationen 31 bis 33 statt der genauen Position 30 des Endgeräts 7 ein Überschneidungs- bzw. Überdeckungsbereich 37 dargestellt werden, in dem der Aufenthalt des Target-UE 7 möglich ist. Der Bereich 37 ist in 3 schraffiert dargestellt. Der Bereich 37 kann durch die oben beschriebenen Korrekturmöglichkeiten (lokaler Differenzabgleich zur GPS-Referenz) weiter eingegrenzt werden.

Claims

Verfahren zum Zugriff auf ein mobiles Endgerät (7) in einem digitalen zellulären Mobilfunknetz, in dem Daten nach einem Codemultiplexverfahren übertragen werden, von einer Basisstation (20, 21) des Mobilfunknetzes aus, wobei – das Endgerät (7) durch die Basisstation (20, 21) zur Übermittlung von Informationen bezüglich des Endgeräts (7) veranlasst wird; – die Basisstation (20, 21) die übermittelten Informationen empfängt; und – das Endgerät (7) durch die Basisstation (20, 21) anhand der übermittelten Informationen identifiziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das identifizierte Endgerät (7) veranlasst wird, Informationen bezüglich des Mobilfunknetzes an die Basisstation (20, 21) zu übertragen, wobei die von dem identifizierten Endgerät (7) an die Basisstation (20, 21) übertragenen Informationen die Bezeichnungen der sichtbaren Basisstationen (6a, 6b, 6c; 20, 21), von denen das Endgerät (7) Signale empfängt, sowie die Feldstärke der von den sichtbaren Basisstationen (6a, 6b, 6c; 20, 21) empfangenen Signale umfassen, und die übertragenen Informationen von der Basisstation (20, 21) empfangen werden, dass aus einer Referenzdatenbank (27) charakteristische Informationen bezüglich des Mobilfunknetzes ausgelesen werden und durch die Basisstation (20, 21) anhand der von dem Endgerät (7) empfangenen Informationen und anhand der aus der Datenbank (27) ausgelesenen Informationen eine Peilung und/oder Ortung des mobilen Endgeräts (7) ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Referenzdatenbank (27) die Position zumindest von in der Nähe der Basisstation (20, 21) betriebenen anderen Basisstationen (6) des Mobilfunknetzes abgelegt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Referenzdatenbank (27) zu mehreren Orten im Abdeckungsbereich des Mobilfunknetzes entsprechende Werte für die Feldstärke abgelegt sind, mit der in dem jeweiligen Ort Signale von der Basisstation (20, 21) und/oder anderen Basisstationen (6) des Mobilfunknetzes empfangen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Endgerät (7) Informationen über die Feldstärke an die Basisstation (20, 21) übermittelt, mit der das Endgerät (7) Signale von der Basisstation (20, 21) und/oder anderen Basisstationen (6) des Mobilfunknetzes empfängt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Endgerät (7) Informationen über die Laufzeit von Signalen, welche das Endgerät (7) von der Basisstation (20, 21) und/oder anderen Basisstationen (6) des Mobilfunknetzes empfängt, an die Basisstation (20, 21) übermittelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Endgerät (7) Teil eines satellitenbasierten Positionsbestimmungssystems ist und Informationen über die von dem Positionsbestimmungssystem ermittelte Position des Endgeräts (7) an die Basisstation (20, 21) übermittelt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen über die Position des Endgeräts (7) zur Verbesserung der Genauigkeit der anhand der Feldstärke bzw. der Laufzeit der empfangenen Signale ausgeführten Peilung und/oder Ortung des Endgeräts (7) verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisstation (20, 21) als eine virtuelle Basisstation ausgebildet ist, die im Abdeckungsbereich des Mobilfunknetzes angeordnet ist, dort als Basisstation (21) betrieben wird und bei der sich das Endgerät (7) einbucht, wobei das Endgerät (7) von der Basisstation (21) anhand der von dem Endgerät (7) an die Basisstation (21) übermittelten Identifikationsparameter identifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein in räumlicher Nähe zu der virtuellen Basisstation (20, 21) angeordnetes Monitor-Endgerät (22) für die Datenübertragung relevante Parameter von Basisstationen (6) des Mobilfunknetzes in räumlicher Nähe zu der virtuellen Basisstation (20, 21), insbesondere Werte für die Feldstärke ermittelt, mit der das Monitor-Endgerät (22) Signale von der virtuellen Basisstation (21) und/oder anderen Basisstationen (6) des Mobilfunknetzes empfängt, ermittelt und an die virtuelle Basisstation (21) übergibt, dass die virtuelle Basisstation (20, 21) anhand der Werte der Feldstärke die Position des Monitor-Endgeräts (22) bestimmt, dass das Monitor-Endgerät (22) oder die virtuelle Basisstation (20, 21) Teil eines satellitenbasierten Positionsbestimmungssystems (25, 26) ist und Informationen über die von dem Positionsbestimmungssystem (25, 26) ermittelte Position des Monitor-Endgeräts (22) bzw. der virtuellen Basisstation (20, 21) an die virtuelle Basisstation (20, 21) übermittelt werden, und dass die virtuelle Basisstation (20, 21) anhand der Differenz der durch das Positionsbestimmungssystem (25, 26) ermittelten Position (40) des Monitor-Endgeräts (22) bzw. der virtuellen Basisstation (20; 21) und der durch die Feldstärke bzw. die Laufzeit der empfangenen Signale ermittelten Position (41) des Monitor-Endgeräts (22) einen Korrekturwert (42) für die anhand der Feldstärke bzw. der Laufzeit der empfangenen Signale ausgeführte Peilung und/oder Ortung des mobilen Endgeräts (7) ermittelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das mobile Endgerät (7) nach der Identifikation im Umfeld des Mobilfunknetzes, in dem Daten nach einem Codemultiplexverfahren übertragen werden, an ein alternatives Mobilfunknetz abgewiesen wird, in dem Daten nach einem Frequency Divisional Multiple Access Verfahren und/oder nach einem Time Divisional Multiple Access Verfahren übertragen werden, wobei die Peilung und/oder Ortung des mobilen Endgeräts (7) im Umfeld des alternativen Mobilfunknetzes ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ergebnisse der Peilung und/oder Ortung des mobilen Endgeräts (7) von der Basisstation (20, 21) in einer Datenbank (27) abgelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Datenbank (27) die für die Peilung und/oder Ortung charakterisierenden Angaben, umfassend mindestens eine der Angeben Zeitpunkt, Ort oder Bezeichnung der Peilung und/oder Ortung, abgelegt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Peilung und/oder Ortung verfolgt wird und anhand des vergangenen zeitlichen Verlaufs eine Peilung und/oder Ortung des mobilen Endgeräts (7) für die Zukunft ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, sofern auf Anspruch 8 oder 9 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der vorhergesagten Peilung und/oder Ortung des mobilen Endgeräts (7) die virtuelle Basisstation (20, 21) bewegt wird und/oder Sendeparameter der virtuellen Basisstation (20, 21) variiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen bezüglich des Mobilfunknetzes zeitgesteuert und/oder ereignisgesteuert von der Basisstation (20, 21) erfasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisstation (20, 21) digitale Karteninformationen auf einem Bildschirm grafisch darstellt und die aus der Referenzdatenbank (27) ausgelesenen charakteristischen Informationen bezüglich des Mobilfunknetzes grafisch aufbereitet und der grafischen Darstellung der Karteninformationen überlagert werden.