FR2781073A1 - Systeme de localisation de telephones mobiles - Google Patents

Abstract

Système de localisation de téléphones mobiles aptes à communiquer avec une première borne de réception d'un réseau de bornes de réception supervisé par un centre de gestion opérationnel. Le téléphone mobile comprend des moyens pour estimer au moins un paramètre représentatif de la position par rapport à une borne, et des moyens pour transmettre des informations relatives audit paramètre à un serveur par l'intermédiaire de la première borne de réception, et que le serveur comprend des moyens pour comparer les informations relatives au dit paramètre à une cartographie préétablie du dit paramètre, et en déduire une estimation de la localisation du téléphone mobile.

Description

I

Système de localisation de téléphones mobiles.

La présente invention relève du domaine de la radiocommunication numérique cellulaire avec des stations mobiles, par exemple selon le standard GSM (Système global de communications mobiles). L'invention concerne plus particulièrement un système de localisation de stations mobiles communiquant grâce à une borne de

réception fixe appartenant à un réseau.

Ce type de système met généralement en oeuvre un multiplexage temporel consistant à diviser le temps en trames de durée fixe et prédéterminée, elles-mêmes divisées en intervalles de temps. Cette technique est appelée "Accès Multiple par Répartition dans le Temps" (AMRT). La récurrence d'un intervalle de temps particulier dans chaque trame constitue un canal physique. Cette structure est utilisée aussi bien pour la voie montante d'une station mobile vers une borne de réception que

pour la voie descendante d'une borne de réception vers une station mobile.

Les données échangées par une station mobile et les bornes de réception sont transmises sous forme de paquets qui sont placés chacun dans un intervalle de temps. Les différents canaux logiques, par exemple les canaux de trafic TCH, et les canaux de contrôle sont multiplexés sur les canaux physiques. Par conséquent, les intervalles de temps d'un canal physique donné sont répartis entre plusieurs canaux logiques, donnant

ainsi naissance à une nouvelle structure, appelée multitrame.

Le protocole de communication GSM est décrit dans le livre

"The GSM System for Mobile Communications" de M. Mouly et M-B.

Pautet, 1992, dont le contenu est incorporé ici par référence.

Sur le Protocole GSM, on rappellera que le réseau de téléphone mobile connaît en temps réel une localisation grossière d'une station mobile en veille, en ce sens qu'il connaît la zone de réception communiquant avec la station mobile à l'endroit o elle se trouve. La zone de réception est représentée par plusieurs bornes de réception contiguës. Si la station mobile quitte un secteur desservi par une zone de réception, elle émet un message de mise à jour pour indiquer ce changement au réseau. La connaissance par le réseau de cette localisation d'une station mobile permet à celle-ci de pouvoir être appelée à tout moment. De plus, le réseau connaît le paramètre d'identification globale de cellule CGI de rattachement d'une station mobile en communication, une cellule étant

une portion de terrain desservie par une même borne radio.

Une station mobile en communication émet à intervalles de temps donnés un message de rapport de mesure vers sa borne de réception de rattachement. Ces messages sont émis sur un canal radio de service, le canal SACCH. Ces informations permettent au réseau de choisir à tout moment la meilleure borne de réception susceptible de porter la

communication avec la station mobile.

La connaissance du temps mis à parcourir la distance entre la station mobile et la borne radio, ou avance temporelle TA, permet à la station mobile d'émettre vers la borne radio à un moment choisi de façon que ladite borne radio soit apte à recevoir l'émission de la station mobile sans interférence avec les émissions des autres stations mobiles. L'avance temporelle TA reflète donc la distance parcourue par l'onde radio entre la station mobile et la borne radio. Un incrément de 1 de cette avance

temporelle TA correspond à une distance d'environ 550 mètres.

Dans le message de rapport de mesure émis par la station mobile vers la borne radio, est prévu un paramètre RXLEV qui correspond au niveau de réception par la station mobile de la borne radio avec laquelle elle communique et au maximum les six meilleures bornes de réception voisines. Le message de rapport de mesure inclut également un paramètre RXQUAL qui correspond à la qualité de réception par la station mobile de

la borne radio avec laquelle elle communique.

Un service de messages courts SMS permet l'émission ou la réception de messages sous forme de texte entre la station mobile et le réseau. Ils sont transmis, soit sur le canal SACCH si la station mobile est en communication, soit sur le canal de signalisation TCH/8 (ou SDCCH) si la station mobile est en veille. L'opérateur de téléphonie mobile peut être pourvu d'un outil de planification radio qui permet le calcul du niveau de réception et de la qualité de réception à un point géographique donné en fonction du positionnement géographique de la borne radio, des bornes radio avoisinantes, de leur puissance d'émission, de leur type, des fréquences utilisées, etc. On connaît par le document EP-A-O 398 773, un procédé de localisation géographique d'une station mobile d'un réseau de communication à multiplexage dans le temps, comprenant des étapes de transmission à une première station fixe d'une valeur mesurée à la station mobile du décalage de réception des signaux de synchronisation provenant de la première et d'au moins une seconde station fixe, de mesure à la première station fixe du temps de propagation du signal de synchronisation de la première station fixe à la station mobile, et du décalage en réception du canal BCCH, de calcul à la première station fixe des temps de propagation du signal de synchronisation de la seconde station fixe à la station mobile en utilisant le décalage d'émission stocké précédemment, et de calcul de la position du mobile à partir des temps de propagation et des coordonnées géographiques des première et seconde

stations fixes.

Le document WO-9635306 décrit une méthode pour déterminer la localisation d'une unité mobile d'un système de radio cellulaire incluant une pluralité de stations de base. On détermine les différences temporelles entre les transmissions des stations de base telles que mesurées par l'unité mobile. A partir de ces différences temporelles, on détermine les différences de distance entre l'unité mobile et chacune des stations de base. On en déduit la localisation de l'unité mobile. Les structures de divisions temporelles des canaux de contrôle d'au moins certaines des stations de base qui se trouvent à portée de l'unité mobile sont synchronisées et ladite unité mobile détermine les différences temporelles d'un élément caractéristique de la diffusion de la structure de

division temporelle par le canal de commande de chaque station de base.

Si le nombre de stations de base détectées par l'unité mobile est trop faible, l'avance temporelle requise pour la communication avec la station de base serveuse est utilisée pour en déduire la distance entre l'unité

mobile et la station de base serveuse.

Toutefois, les différentes méthodes proposées permettent une localisation de la station mobile à l'insu de son utilisateur et sont lourdes

et onéreuses à mettre en oeuvre.

La présente invention a pour objet de proposer un système dans lequel la localisation d'un téléphone mobile ne peut être effectuée que sur

commande de son utilisateur.

La présente invention a également pour objet de proposer un système de localisation de téléphone mobile ne requérant pas de

modification du protocole de communication GSM.

Le système de localisation, selon l'invention, est prévu pour des téléphones mobiles aptes à communiquer avec une première borne radio d'un réseau de bornes radio supervisé par un centre de gestion opérationnel. Le téléphone mobile comprend des moyens pour estimer au moins un paramètre représentatif de la position par rapport à une borne radio, et des moyens pour transmettre des informations relatives audit

paramètre à un serveur par l'intermédiaire de la première borne radio.

Le serveur comprend des moyens pour comparer les informations relatives au dit paramètre à une cartographie préétablie du dit paramètre, et en déduire une estimation de la localisation du téléphone mobile. Dans un mode de réalisation de l'invention, le système comprend des moyens pour estimer la distance entre un téléphone mobile et la première borne radio, avec une marge d'imprécision Adbm en fonction de

la durée mise par une onde pour parcourir la dite distance.

Dans un mode de réalisation de l'invention, le système comprend des moyens pour estimer les niveaux de réception de la première borne

radio et des bornes radio voisines.

Dans un mode de réalisation de l'invention, le système comprend des moyens pour estimer la qualité de réception des émissions de la

première borne radio et, avantageusement, des bornes radio voisines.

Avantageusement, le téléphone mobile comprend des moyens pour comparer les instants de réception ri par le téléphone mobile des émissions des autres bornes radio aux instants de réception r des émissions de la première borne radio et en déduire la valeur du décalage Ari des instants de réception, et des moyens pour transmettre au serveur par l'intermédiaire de la première borne radio la valeur de chaque décalage Ari, et le serveur comprend des moyens pour estimer la distance entre le téléphone mobile et chaque autre borne radio en fonction du décalage Ari, et du décalage Aei entre les instants d'émission ei des autres bornes radio

et les instants d'émission e de la première borne radio.

Dans un mode de réalisation de l'invention, le système comprend des moyens pour préciser la localisation du téléphone mobile en recoupant

les estimations de localisation obtenues par au moins deux paramètres.

La localisation peut être effectuée sur commande de l'utilisateur

du téléphone mobile.

Le serveur peut comprendre des moyens pour émettre des informations à destination de l'utilisateur en fonction du lieu o se trouve le téléphone mobile. Ces informations peuvent être, soit des messages

audio, soit des messages destinés à un affichage.

Avantageusement, la transmission d'informations entre un téléphone mobile et une borne radio s'effectuant sur un canal de service et sur un canal de trafic, la transmission des informations relatives audit paramètre à la première borne radio est effectuée sur le canal de trafic ou

par un service de messages courts.

La cartographie peut être adaptée aux niveaux de puissance

d'émission des différentes bornes radio par interpolation linéaire.

La cartographie peut être recalculée en fonction de l'évolution de paramètres susceptibles de modifier les valeurs remontées vers le serveur d'informations géographiques, par exemple en fonction de l'activation ou non du saut de fréquence sur les différentes fréquences

radio.

La cartographie peut être recalculée en fonction de l'activation

ou non de l'Enhanced Full Rate EFR sur les différentes fréquences radio.

La cartographie peut être recalculée en fonction des niveaux de puissance d'émission des différentes bornes radio, du changement de topologie des cartes enregistrées, par exemple dû à la construction d'un

bâtiment, et de l'activation du saut de fréquence.

Dans un mode de réalisation de l'invention, le paramètre représentatif de la position est le paramètre NB-corrélation correspondant

au nombre de corrélations sur la fréquence BCCH.

On peut pourvoir la station mobile de moyens pour comparer des données de localisation avec une zone préenregistrée, en vue d'une

tarification spécifique, par exemple près du domicile de l'utilisateur.

Dans un tel système, un téléphone mobile peut être utilisé pour de nombreux usages, par exemple pour lancer un signal de détresse, pour

fournir à l'utilisateur des informations relatives à l'endroit o il se trouve.

L'utilisateur peut ainsi être mis en communication avec une base de données contenant des informations géographiques en vue d'un guidage, ou touristiques comprenant des commentaires sur ce que l'utilisateur peut voir à partir de l'endroit o il se trouve. Cette mise en communication avec une base de données peut être effectuée grâce à un numéro de téléphone spécifique et inchangé quelle que soit la localisation. La langue dans laquelle les informations sont fournies à l'utilisateur pourra également être sélectionnée, soit sur commande dudit utilisateur, soit être associée

au numéro de téléphone.

La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la

description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre

d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est un schéma illustrant le fonctionnement d'un réseau de téléphone mobile, conformément à l'invention; la figure 2 montre une variante de la figure 1; la figure 3 est un schéma montrant la capture du nombre de corrélations d'une onde radio dans le serveur d'informations géographiques; et la figure 4 est un schéma illustrant la saisie de profil horaire particulier. Comme on peut le voir sur la figure 1, le réseau de téléphonie mobile comprend une pluralité de systèmes de baies radio 1 comprenant chacun plusieurs bornes d'émission et de réception, non représentées, et appelées bornes radio, aptes à communiquer chacune avec plusieurs stations mobiles, non représentées. Chaque système de baie radio 1 est relié à un centre de gestion opérationnel 2. Chaque centre de gestion opérationnel 2 gère plusieurs systèmes de baies radio 1. Les centres de gestion opérationnels 2 sont eux-mêmes reliés à un centre de gestion de réseau 3. Le centre de gestion de réseau est relié à un serveur d'informations géographiques 4 apte à échanger des informations avec un outil de planification radio 5 et avec un centre de commutation mobile 6 qui permet de faire l'interface avec un réseau de téléphonie filaire non représenté. Sur la figure 2, est illustrée une variante dans laquelle les centres de gestion opérationnels 2 sont directement reliés au serveur

d'informations géographiques 4.

Afin que le serveur d'informations géographiques 4 puisse calculer la position d'une station mobile, il est nécessaire de permettre la remontée d'un certain nombre d'informations à partir de la station mobile vers le serveur d'informations géographiques 4. A cet effet, on fait remonter vers le serveur d'informations géographiques 4 les paramètres de localisation en utilisant le canal de trafic. Ces informations peuvent être remontées, soit directement sur le canal de la parole (canal TCH), soit

par le service de messages courts (SMS).

Dans la mesure du possible, il est préférable d'utiliser le canal TCH et de n'émettre les informations sous forme de messages courts qu'en cas d'empêchement sur le canal TCH. Ceci peut être mis en place facilement sur une station mobile, car elle possède un module de détection d'activité de la voix VAD qui détecte si le canal TCH est utilisé en émission ou non. En effet, lorsque la station mobile communique avec le serveur d'informations géographiques 4, le canal TCH montant est, de toutes façons, alloué par le système et une remontée trop fréquente de messages par le service de messages courts SMS pourrait engorger le canal SACCH associé au canal TCH. Une station mobile en communication émet un message court sur le canal SACCH associé au canal TCH. Le serveur d'informations géographiques 4 est apte à réceptionner les messages en provenance du canal de parole ou sous

format de service de messages courts SMS.

Les informations de service que la station mobile peut émettre vers le serveur d'informations géographiques 4 sont des paramètres aidant à la localisation: - l'identifiant global de cellule CGI de la cellule serveuse, - les binômes BSIC, BCCH des cellules voisines de la cellule serveuse, la station mobile faisant remonter ces informations pour tous les canaux BCCH qu'elle est capable d'interpréter, dont le nombre peut être supérieur à six, - des informations relatives aux niveaux de réception RXLEV de toutes les cellules précitées, - des informations relatives à la qualité de réception RXQUAL de la cellule serveuse et avantageusement de ses cellules voisines, - l'attribut différence d'instant de réception DIR de toutes les cellules précitées, - l'attribut NB-corrélation indiquant le nombre de corrélations des fréquences BCCH des cellules précitées, - la différence de temps de réception DTR des salves de synchronisation SCH de chacune des cellules précitées, et un attribut lié au temps écoulé depuis le début des prises de mesure par la station mobile,

- l'attribut lié à la distance d'avec la borne radio serveuse.

Les paramètres d'identification globale de cellules CGI ainsi que les binômes BSIC et BCCH sont les plus utiles à la localisation de la station mobile. Ces paramètres servent à l'identification des cellules impliquées dans la localisation de la station mobile. Ils sont déjà connus et traités par la station mobile et peuvent donc être émis par celle-ci vers le

serveur d'informations géographiques 4 de façon simple.

Dans des cas particuliers, notamment pour les appels de secours, on peut prévoir que la station mobile émette des informations de service concernant des cellules appartenant à un autre réseau de téléphonie mobile. En effet, dans les recommandations GSM 05.08 ETS 300578, il précisé qu'une station mobile doit être capable de scanner toutes les fréquences GSM pour repérer les fréquences BCCH afin de calculer leur puissance de réception. Dans ce cas, le serveur d'informations géographiques 4 connaît la localisation des cellules des différents réseaux

et connaît donc les cellules adjacentes à une cellule donnée.

Dans la suite, le message contenant les informations nécessaires à la localisation géographique sera désigné par "mesures pour localisation". Une station mobile effectue déjà des calculs de paramètre RXLEV sur la fréquence porteuse (RXLEV-FULL-SERVING-CELL et RXLEV-SUB-SERVING- CELL) et les fréquences BCCH des cellules adjacentes (RXLEV-NCELL) et du paramètre RXQUAL de la fréquence

porteuse (RXQUAL-FULL-SERVING-CELL et RXQUAL-SUB-

SERVING-CELL).

Avantageusement, la station mobile peut calculer le paramètre

RXQUAL sur les fréquences BCCH des cellules adjacentes.

De plus, pour unifier les mesures remontées au système d'information géographique 4, il peut être décidé d'effectuer le calcul des paramètres RXLEV et RXQUAL de la fréquence serveuse non pas sur toute (ou une partie) des trames TDMA, mais uniquement sur la multitrame BCCH. Toutefois, il subsiste des imprécisions sur les paramètres RXLEV et RXQUAL correspondant aux différentes bornes radio, ces imprécisions étant principalement liées à la diversité et à

l'interférence avec d'autres ondes radio.

Le paramètre d'avance temporelle TA est calculé de la façon suivante. Une station mobile se synchronise sur la fréquence BCCH de la borne radio serveuse grâce aux canaux FCCH et SCH. Dans le cas d'une multitransmission, qui a lieu surtout dans les environnements urbains o les obstacles sont nombreux, la station mobile se synchronise sur le signal reçu le plus fort. Lorsqu'elle passe en communication, le système de baies radio 1 estime la distance parcourue par l'onde radio entre la station mobile et la borne radio serveuse et transmet le paramètre TA à la station mobile. Dans le cas d'une multitransmission, la station mobile fait plusieurs corrélations sur le même signal. Pour se synchroniser, elle va choisir le signal qui correspond au meilleur chemin en terme de puissance et de qualité de réception, ce signal étant reçu à un instant T2. Cependant, la station mobile connaît aussi l'instant T1 auquel la première corrélation du signal a été reçue. On peut ainsi définir un nouveau paramètre appelé distance du chemin direct DCD entre la station mobile et sa borne radio serveuse: DCD = D(TA) - c x (T2-T1), D(TA) étant la distance calculée à partir de l'indication transmise par la borne radio serveuse de l'avance

temporelle TA, et c étant la vitesse de la lumière.

Le paramètre DCD représente mieux la distance réelle entre la borne radio serveuse et la station mobile que l'avance temporelle TA. En effet, la puissance de la première corrélation reçue du signal peut avoir été affaiblie par différents obstacles, par exemple des arbres, se trouvant sur son chemin de propagation. La corrélation la plus forte reçue peut avoir été réfléchie par d'autres types d'obstacles, par exemple la façade plane

d'un immeuble.

On peut également utiliser la différence d'instant de réception -DIR- de signaux en provenance des différentes bornes radio (voir recommandations GSM 05.10 - phase 2+). La station mobile pourra calculer comme valeur la différence de temps de réception, celle correspondant au temps le plus court mis par chaque onde radio pour se propager et non pas le temps mis par le signal reçu avec la plus forte puissance, pour éviter les imprécisions liées à la mlultitransmission. La station mobile pourra ainsi calculer le paramètre DIR pour chacune des

bornes radio voisines.

Si les bornes radio sont synchronisées ou si l'offset d'émission RTD entre les différentes bornes radio est connu par lui, le serveur d'informations géographiques 4 sera capable de calculer la distance par rapport à la borne radio voisine en question. Cependant, ce paramètre DIR ne permet un calcul de localisation précis que si les bornes radio sont strictement synchronisées ou si l'offset d'émission RTD est connu et ne

dérive pas au cours du temps.

Une station mobile à l'écoute d'un réseau de téléphonie mobile a besoin de se synchroniser avec chacune des fréquences BCCH de la cellule serveuse et des cellules voisines. Pour ce faire, elle se synchronise sur la salve de synchronisation SCH du canal BCCH. Une onde radio peut prendre différents chemins entre une borne radio et une station mobile. Ce phénomène est appelé multitransmission. Dans ce cas, la station mobile se corrèle à ce qui correspond au meilleur chemin en terme de puissance et de qualité, mais pas forcément au chemin le plus court. Un comptage du nombre de corrélations d'une fréquence BCCH reçue par la station mobile est effectué. La station mobile peut ainsi calculer la valeur du paramètre NB-corrélation pour chacune des fréquences BCCH reçue et l'émettre dans le message "mesures pour localisation". Bien entendu, on peut prévoir un filtre pour éliminer les corrélations correspondant à une qualité

de réception très médiocre.

Une station mobile peut être capable d'estimer si elle se déplace et, le cas échéant, sa vitesse approximative de déplacement. La mesure de la différence de temps de réception DTR est effectuée grâce à la différence du temps de réception d'une même salve SCH d'une multitrame du canal BCCH. Une multitrame BCCH contient cinq salves SCH. A l'intérieur de la multitrame BCCH, une salve SCH est émise toutes les 10Ox8 périodes de salve BP, ou 1 lx8 périodes en fin de multitrame BCCH. Une période de salve BP durant exactement 15/26 ms, une station mobile ne se déplaçant pas, reçoit chaque salve SCH toutes les (10x8x15)/26 ms et une fois sur cinq toutes les (1l 1x8x15)/26 ms. Une multitrame BCCH est émise cycliquement. Sa durée d'émission est: 51x8x15/26 = 235,38 ms. Soit tl l'instant de réception par la station mobile d'une salve SCH d'une multitrame BCCH et t2 l'instant de réception par la station mobile de la même salve SCH d'une multitrame BCCH émise par exemple cinq cycles plus tard, la différence de temps de réception DTR s'écrit: DTR = t2-tl-t avec: t=5x51lx8x15/26 = 1,17692 s. La vitesse minimale de déplacement sera alors la valeur maximale du paramètre DTR calculé sur chacune des fréquences BCCH reçues. Dans le cas o une fréquence BCCH n'a pas été reçue de façon continue sur cinq multitrames, la station mobile l'indique

dans le message "mesures pour localisation".

Il existe plusieurs possibilités d'activation de la remontée du message "mesures pour localisation" vers le serveur d'informations géographiques 4, par activation automatique après composition du numéro de téléphone du serveur d'informations géographiques 4 ou par activation manuelle par l'utilisateur. Le numéro de téléphone du serveur d'informations géographiques 4 peut être contenu soit dans la carte SIM de

la station mobile de l'utilisateur, soit dans le logiciel de la station mobile.

L'utilisateur peut enregistrer le numéro de téléphone des serveurs d'informations géographiques autorisés à le localiser. Une fois le numéro de téléphone du serveur d'informations géographiques composé, la station

mobile commence à effectuer la mesure des paramètres précités.

En ce qui concerne la fréquence d'émission du message "mesures pour localisation" par la station mobile, plusieurs possibilités existent. La station mobile peut n'émettre un message "mesures pour localisation" que l'orsqu'elle estime adéquat de le faire, par exemple si le paramètre DTR atteint une valeur importante. La station mobile peut aussi n'émettre des messages "mesures pour localisation" qu'à la réception d'une demande d'informations de localisation émis par le serveur d'informations géographiques sous forme de message court SMS. La fréquence de remontée des "mesures pour localisation" peut être effectuée à intervalles figés à l'avance, par exemple secondes. Enfin, la fréquence de remontée des "mesures pour localisation" peut être précisée dans un message émis par le serveur

d'informations géographiques.

Ces différentes possiblités peuvent avantageusement être combinées. Par exemple, la station mobile peut émettre des "mesures pour localisation" juste après que le numéro de téléphone du serveur d'informations géographiques eût été composé ou lorsque ladite station mobile s'est déplacée, et à la réception d'un message de demande d'informations de localisation. Ceci peut être particulièrement intéressant si le serveur d'informations géographiques n'a pas réussi à estimer le positionnement de la station mobile, notamment en cas de

données erronées ou incohérentes.

Le serveur d'informations géographiques peut avoir besoin de mesures liées à une borne radio donnée. Il émet alors un message de type SMS "demande de mesure spécifique" vers la station mobile en précisant le couple BSIC, BCCH de la borne radio. La station mobile émet alors un message "mesure pour une borne" relatif à la borne radio spécifiée dans le message "demande de mesure spécifique". Ces mesures contiennent le couple BSIC, BCCH de la borne radio, ainsi que les valeurs RXLEV, RXQUAL, NB-corrélation, DTR, NB-cycle et, éventuellement, des paramètres relatifs à la distance si la borne radio en question est serveuse ou si la station mobile sait calculer le paramètre DIR par rapport à la cellule serveuse. Les données transitant entre une station mobile et une borne radio font l'objet d'un chiffrage, ce qui préserve une certaine

confidentialité.

De plus, ces données ne sont pas suffisantes pour calculer le positionnement de la station mobile, car le positionnement des bornes radio est une information qui ne transite pas sur le réseau, mais est connue

du serveur d'informations géographiques.

La station mobile n'émet de message "mesures pour localisation" que si ladite station mobile est déjà en communication phonique en ayant initié la communication. Ceci évite tout traçage de la station mobile à l'état de veille ou sur réception d'appel. On peut aussi prévoir que la station mobile contrôle si elle est en communication avec un serveur d'informations géographiques, la liste des numéros de téléphone des différents serveurs d'informations géographiques pouvant être enregistrée dans la carte SIM ou dans la station mobile elle-même.

Pour une meilleure confidentialité, la carte SIM d'un utilisateur peut contenir une clef de chiffrement K, égale ou différente de la clef utilisée pour le chiffrage selon la recommandation GSM. La station mobile contrôle l'identité du serveur d'informations géographiques. Lors de l'établissement de l'appel, la station mobile émet vers le SIG un numéro de code RAND. Le serveur d'informations géographiques, qui contient la clef K de l'utilisateur, calcule alors le code SRES qu'il émet dans le message "demande d'information de localisation". A réception de ce message, la station mobile contrôle si le code SRES correspond à celle qu'elle a calculée elle-même. Dans le cas positif, la station mobile émet le message "mesures pour localisation". Dans le cas contraire, la station mobile n'émet pas et prévient l'utilisateur qu'une tentative infructueuse de

localisation a été tentée.

La station mobile peut également, au lieu d'émettre directement les "mesures pour localisation", n'émettre que le couple BSIC et BCCH de la cellule serveuse. Le serveur d'informations géographiques qui aura récupéré le paramètre LAI d'identification de la zone de réception de la cellule serveuse en interrogeant une base de données visiteur VLR couvrant la zone d'o l'appel à été émis, pourra alors connaître le paramètre CGI de la cellule serveuse ainsi que tous les couples BSIC, BCCH des cellules voisines et les émettre vers la station mobile. La

station mobile contrôle alors l'exactitude des informations transmises.

Le serveur d'informations géographiques 4 est un système expert qui estime la position ou la zone de localisation la plus probable d'une station mobile par corrélation entre des valeurs de paramètres qui lui sont remontées, et des valeurs enregistrées dans sa base de données. Les paramètres enregistrés dans la base de données du serveur d'informations géographiques sont associés à des points géographiques fixes. Les paramètres dont le serveur d'informations géographiques peut se servir pour estimer le positionnement d'une station mobile, sont le niveau de réception, la qualité de réception, la distance, les différents chemins pris par une onde radio entre une borne radio et un point donné, le mouvement

de la station mobile et le profil de communication horaire de la cellule.

Le paramètre RXLEV correspond au niveau de réception entre les bornes radio, serveuses ou voisines, et la station mobile. En fait, la station mobile connaît le paramètre RXLEV descendant, c'est-à-dire le niveau de réception qu'elle reçoit à partir d'une émission d'une borne radio serveuse ou voisine. Même pour une station mobile ne bougeant pas d'un lieu donné, le paramètre RXLEV peut être soumis à de nombreuses variations, principalement à cause de phénomènes de fading des ondes radio. Une onde de fréquence donnée est bien souvent la résultante de

plusieurs signaux reçus à des phases différentes.

Le paramètre qualité de réception correspond à un niveau de qualité de réception entre la borne radio serveuse et éventuellement les voisines, et la station mobile. Là encore, ce paramètre qualité de réception peut être soumis à de nombreuses variations, principalement à cause de l'interférence entre différents signaux d'une même fréquence, ceci étant provoqué par la réutilisation par d'autres bornes radio de la même fréquence radio, ou du phénomène de fading. Ainsi, plus le nombre de communications à un instant donné sera élevé, moins la qualité d'une

communication a la chance d'être bonne.

De plus, le saut de fréquence permet d'augmenter la qualité de réception en changeant de façon pseudo-aléatoire les fréquences utilisées sauf celle du canal BCCH. Il peut être nécessaire de prendre en compte ce

changement de fréquence dans la cartographie.

La distance entre la station mobile et sa borne radio serveuse est estimée soit par l'avance temporelle TA, soit par la distance du chemin direct DCD. La distance avec les bornes radio voisines peut éventuellement être estimée par le paramètre de différence d'instants de réception DIR, si les bornes radio sont synchronisées ou si l'offset d'émission RTD entre chaque borne radio est connu par le serveur d'informations géographiques. Dans ce cas, le serveur d'informations géographiques SIG pourra calculer le paramètre différence de temps observée OTD = DIR + RTD. La distance avec les cellules voisines pourra être calculée par la formule D = Do + Cx (OTD) avec Do = distance

calculée grâce au paramètre TA ou Do = DCD, et C: vitesse de la lumière.

Pour chacun des points géographiques et chacune des cellules, est associé le paramètre NB-corrélation correspondant au nombre de corrélations de la fréquence BCCH entre une borne radio et une station mobile. La valeur de ce paramètre dépend énormément de la topologie du terrain. Cette valeur, saisie en base de données du serveur d'informations géographiques, peut provenir d'un calcul effectué par l'outil de s15 planification radio 5, complété ou non par des mesures physiques, voir figure 3. Dans le cas de valeurs provenant d'outil de planification de réseau, la pertinence des valeurs calculées dépend de la qualité de la topologie numérisée, qui peut être améliorée grâce à la comparaison entre

des mesures réelles et des mesures calculées.

Pour un appel donné, la valeur des paramètres RXLEV et surtout RXQUAL dépend du nombre d'appels simultanés sur la borne radio serveuse et sur ses bornes radio avoisinantes. Il est possible d'établir des profils horaires de trafic en fonction du lieu, du jour et de l'heure. Grâce aux statistiques traitées par les différents centres de gestion opérationnels 2, les opérateurs de réseau peuvent établir un profil de trafic horaire sur

les différents sites traités par le serveur d'informations géographiques 4.

Par exemple, le trafic sur les bornes radio couvrant un stade de football

sera beaucoup plus important un jour de match.

Un système de profil horaire 7 (figure 4) peut s'interfacer avec le serveur d'informations géographiques pour définir le profil horaire concernant le trafic simultané sur chacune des bornes radio. Le système de profil horaire peut prendre ses informations à partir des statistiques des centres de gestion opérationnels ou des centres de gestion de réseau ou à partir des saisies manuelles. Pour chacune des bornes radio, le profil horaire dépend du jour, travaillé ou férié, de l'heure, des jours

exceptionnels ou d'autres évènements.

Le serveur d'informations géographiques réceptionne les appels

émis par lui et traite les paramètres de localisation associés à cet appel.

Grâce à son interface avec les centres de gestion opérationnelle 2 ou le centre de gestion de réseau 3, le serveur d'informations géographiques connaît le paramètre CGI de la cellule serveuse et la correspondance des couples (BSIC, BCCH) de toutes les cellules voisines de la cellule serveuse avec leurs paramètres CGI respectifs, la localisation géographique exacte de chaque borne radio du réseau et ce en trois dimensions en prenant en compte la hauteur de l'antenne de la borne radio, la puissance d'émission de chaque borne radio du réseau, la fréquence d'émission de chacune des baies radio: GSM 900, Extended GSM, DCS (ou GSM) 1800, PCS 1900 ou tout autre type de fréquence, un paramètre indiquant si le saut de fréquence et l'EFR (Enhanced Full Rate) est activé ou non pour chacune des bornes radio, la localisation géographique exacte de chaque point fixe modélisé, en trois dimensions. L'option "Enhanced Full Rate" (EFR) permet d'augmenter la qualité de la transmission sur la voie radio grâce à un transcodage amélioré de la voie radio. Ce transcodage a été standardisé. Il est à noter que, pour chaque appel, l'EFR est activé uniquement si la station mobile est capable de supporter cette option. L'option EFR est à traiter similairement au saut de fréquence: le principe est le même: une activation de cette option augmente la qualité

sur la voie radio.

Grâce à son interface avec les outils de planification radio ou grâce à des mesures manuelles, le serveur d'informations géographiques connaît les niveaux de réception et de qualité estimés de chacune des fréquences BCCH reçues par un point géographique modélisé, et le nombre de chemins qu'une onde radio peut parcourir entre une borne radio et un point numérisé. Les valeurs de niveau de réception, de qualité, d'interférence, ainsi que le nombre de chemins d'ondes estimés, sont enregistrés dans le serveur d'informations géographiques avant l'appel de

la station mobile.

Le serveur d'informations géographiques se sert pour son estimation de valeurs calculées en temps différé. Néanmoins, il doit tenir compte de contraintes opérationnelles, notamment pour certains paramètres de radio qui dépendent du réseau, notamment les correspondances entre le couple BSIC, BCCH et l'identifiant CGI, le niveau de puissance de chaque borne radio et l'activation ou non du saut de fréquence. Grâce à une interface avec les moyens de supervision du réseau, de préférence l'interface normalisée Q3, le serveur d'informations géographiques est tenu au courant en temps réel d'éventuels changements de ces paramètres afin d'en tenir compte dans l'évaluation du positionnement de la station mobile. Le serveur d'informations géographiques tient aussi compte de l'état opérationnel d'une borne radio, notamment en cas de panne. De même, en cas de changement de la puissance d'émission d'une borne radio, le serveur d'informations géographiques pourra effectuer une première approximation en considérant que le rapport entre la puissance de réception sur un point géographique donné et la puissance d'émission de la borne radio

considérée, est conservé.

A la réception d'un message "Mesures pour localisation", le serveur d'informations géographiques calcule le CGI de toutes les cellules impliquées dans les remontées de mesures grâce au CGI de la serveuse et

au couple BSIC, BCCH de toutes les voisines.

Puis il estime la zone la plus probable de localisation de la station mobile grâce aux informations de distance, de niveau de réception, de niveau de qualité de réception et de nombre de corrélations entre la station mobile et les différentes bornes radio avoisinantes. Cette estimation se fait par une comparaison avec des valeurs préenregistrées grâce à des règles définies par un système expert. Dans l'absolu, les informations remontées au serveur d'informations géographiques sont trop nombreuses. Toutefois, il faut prendre en compte le fait que certains de ces paramètres peuvent être erronés. Le système expert est capable d'écarter les paramètres incohérents pour le calcul de la localisation grâce

aux valeurs des autres paramètres.

A la réception de paramètres, un moteur d'interférence démarre une consultation et utilise les règles de raisonnement pour faire des déductions et aboutir à la localisation de la station mobile. L'estimation de localisation par le serveur d'informations géographiques sera différente si la station mobile est immobile ou en déplacement. Le degré de mobilité d'une station mobile peut être évalué grâce à quelques indices changement de borne radio serveuse, fréquence élevée de remontée de message "mesures pour localisation", paramètre DTR, etc. Si la station mobile reste fixe, le serveur d'informations géographiques a le temps de calculer une localisation plus précise et

pourra utiliser tous les paramètres à sa disposition.

Pour un ensemble de valeurs à la disposition du serveur d'informations géographiques correspondant à un appel, soit: - { RXLEX} l'ensemble des points géographiques d'une topologie correspondant aux valeurs RXLEV pour les différentes bornes radio concernées, - {RXQUAL} l'ensemble des points géographiques d'une topologie correspondant aux valeurs RXQUAL pour les différentes bornes radio concernées, - { distance} l'ensemble des points géographiques correspondant

à l'estimation de la distance par rapport à la borne radio serveuse.

Le serveur d'informations géographiques va alors suivre des règles de raisonnement dont les suivantes sont données à titre d'exemple: Règle: Si l'intersection entre les trois ensembles précités permet de déterminer un point, alors la localisation de la station mobile a été trouvée. Règle 2 Si l'intersection des ensembles { RXLEV} et { RXQUAL} donne plusieurs points et si la distance estimée par l'avance temporelle TA donne un ensemble de points plus éloignés de la borne radio serveuse que ceux trouvés précédemment, alors l'avance temporelle TA correspond certainement à une multitransmission. Il faut donc ne pas tenir compte du

paramètre TA.

Règle 3 Si le paramètre relatif à la distance, fourni au serveur d'informations géographiques, est la distance du chemin direct DCD, alors cette estimation est plus fiable que celle effectuée par l'avance temporelle TA. Le serveur d'informations géographiques commence sa recherche par les points correspondant aux paramètres DCD pour ensuite

les corréler aux points obtenus grâce aux paramètres RXLEV et RXQUAL.

Règle 4: Si l'ensemble des points géographiques trouvés est situé près d'une borne radio et que celle-ci n'apparaît pas dans le message "mesure pour localisation", le serveur d'informations géographiques contrôle si la borne radio est active, et ce grâce à l'interface avec le centre de gestion opérationnel ou le centre de gestion de réseau. Si la borne radio est inactive, alors la localisation a été trouvée. Dans le cas contraire, le serveur d'informations géographiques émet vers la station mobile un message "demande de mesures spécifiques" tout en précisant le couple BSIC, BCCH, de la borne radio en question. La station mobile émet un message "mesures pour localisation" sur la borne radio en question. Le serveur d'informations géographiques détermine alors si les calculs sont corrects. Dans le cas d'une station mobile en mouvement, le serveur d'informations géographiques n'a pas le temps d'utiliser tous les paramètres à sa disposition. Le serveur d'informations géographiques va estimer un indice de déplacement DPT qui est la valeur maximale des différences de temps de réception DTR, afin de pouvoir estimer la vitesse minimale à laquelle la station mobile se déplace. Le serveur d'informations géographiques va se servir des identifiants, CGI et couple BSIC, BCCH, des bornes radio reçues par la station mobile ainsi que de la distance avec la borne radio serveuse pour faire une première estimation

de la localisation de la station mobile.

Si aucune autre mesure de localisation n'est parvenue au serveur d'informations géographiques, celui-ci commence h faire le même traitement de localisation que pour les stations mobiles à l'arrêt. Dans le cas contraire, le serveur d'informations géographiques va estimer la position de la station mobile grâce à la différence entre les valeurs remontées. Les paramètres utilisés seront l'identifiant CGI de la borne radio serveuse, l'identifiant des bornes radio voisines (calculé à partir de leur BSIC, BCCH), la distance avec la borne radio serveuse et la cartographie du serveur d'informations géographiques. Une station mobile ne pouvant se déplacer rapidement que sur des axes routiers ou ferroviaires, le serveur d'informations géographiques contient une cartographie vectorielle pour prendre en compte les différents axes dans son estimation de la localisation. Le serveur d'informations géographiques utilise des

règles de sytèmes experts.

Les trois règles suivantes sont données à titre d'exemple Règle 1: Dans le cas d'un handover entre deux remontées de valeurs de paramètres, le serveur d'informations géographiques peut estimer le positionnement de la station mobile grâce à des recoupements géographiques, une cartographie vectorielle, l'intervalle de temps écoulé entre les deux remontées de valeurs de paramètres et la valeur du paramètre DPT. Si le paramètre DPT fait estimer une vitesse de la station mobile d'au minimum 40 km/h, l'intervalle de temps entre deux remontées de mesure est de 20 s, les arcs de cercle marquant l'intervalle de distance entre la station mobile et les deux bornes radio au moment des deux remontées de valeur sont contigus, et si de plus une route existe à l'endroit o les deux arcs de cercle sont contigus, alors la station mobile a toutes les

chances d'être localisée à cet endroit.

Règle 2 Suivant la vitesse estimée de la station mobile par le paramètre DPT, le serveur d'informations géographiques connaît les axes routiers ou

ferroviaires sur lesquels la station mobile est susceptible de se trouver.

Par exemple, si la vitesse estimée de la station mobile est de l'ordre de 250 km/h, l'utilisateur a de fortes chances de se trouver dans un train à grande vitesse, dont le parcours peut être reconnu par le serveur d'informations géographiques. Règle 3 Si aucune valeur n'est remontée depuis un intervalle de temps assez important, par exemple 15 secondes, le serveur d'informations

géographiques commence la procédure de localisation pour station fixe.

Ce système de localisation de téléphone mobile peut servir à la diffusion d'informations géographiques liées au lieu exact d'o l'appel a été émis. Ces informations seront diffusées après accord avec les éditeurs d'informations géographiques et ne seront disponibles qu'aux abonnés du réseau de téléphonie mobile ou à des acheteurs de ce service. A chaque numéro de téléphone peut correspondre une langue de diffusion, le numéro de téléphone pouvant être unique sur tous les réseaux. Les informations géographiques peuvent être de tout ordre, culturel, touristique, culinaire, météorologique, commercial, etc. Si le serveur d'informations géographiques estime qu'une confusion entre différentes localisations est possible, il peut proposer des commentaires relatifs aux différents sites, au choix de l'utilisateur ou encore émettre vers la station

mobile un message "demande d'informations de localisation".

Ce système de localisation peut également servir à des opérations de guidage ou de secours. On peut faire apparaître une zone probable de localisation de la station mobile en surbrillance sur une carte numérique du serveur d'informations géographiques. Un opérateur peut ainsi soit guider l'utilisateur, soit lui téléchanger des informations pour affichage, soit localiser un appel de détresse. Le calcul de positionnement par rapport aux bornes radio peut être effectué par rapport à des bornes

radio appartenant à différents réseaux de téléphonie mobile.

Ce système de localisation peut aussi servir à une tarification spécifique des appels dans le cas o l'opérateur du réseau de téléphonie mobile décide de faire payer moins cher tout appel émis à proximité du domicile de l'abonné. Dans ce cas, le serveur d'informations géographiques n'est pas destinataire de l'appel téléphonique. Les "mesures pour tarification" seront transmises vers un centre de tarification par le service de messages courts SMS. Si la station mobile ne peut pas émettre son message SMS, par exemple à cause d'une charge trop importante du réseau, elle le stocke afin de l'émettre dès que possible. Si l'émission de ce message n'a pas lieu durant la communication, le message SMS transmis contiendra outre les informations classiques des "mesures pour tarification", la date et l'heure de début de communication ainsi que

sa durée.

On peut envisager le mécanisme suivant: lorsque le possesseur de la station mobile se trouve à domicile, il peut appeler un serveur afin d'émettre un message "mesures pour localisation". Le serveur reçoit les données et les compare aux valeurs présentes dans sa base de données. Si les données sont cohérentes, le serveur émet un message vers la station mobile lui indiquant que les données transmises correspondent à son domicile. Les données de localisation sont alors stockées dans la station

mobile, par exemple dans sa carte SIM.

Au cours d'une conversation, la station mobile n'émettra un message "mesures pour tarification" par message SMS vers le centre de tarification que dans les trois cas suivants: appel entrant ou sortant effectué du périmètre du domicile, sortie de la station mobile du périmètre du domicile au cours de la conversation, entrée de la station mobile dans le périmètre du domicile au cours de la conversation. Le message "mesures pour tarification" émis vers le centre de tarification ne pourra contenir que

la date et l'heure du message ainsi que l'identification de la station mobile.

C'est la station mobile qui sait calculer si elle est dans le périmètre du domicile et si elle doit émettre un message vers le centre de tarification. De plus, hors du périmètre du domicile, aucun message de

localisation n'est transmis.

Aucune mesure de localisation n'est émise si la station mobile est sortie du périmètre du domicile et l'utilisateur a son domicile sait qu'il

sera localisé par le centre de tarification.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1. Système de localisation de téléphones mobiles aptes à communiquer avec une première borne radio d'un réseau de bornes radio supervisé par un centre de gestion opérationnel, caractérisé par le fait que le téléphone mobile comprend des moyens pour estimer au moins un paramètre représentatif de la position par rapport à une borne, et des moyens pour transmettre des informations relatives audit paramètre à un serveur par l'intermédiaire de la première borne radio, et que le serveur comprend des moyens pour comparer les informations relatives au dit paramètre à une cartographie préétablie du dit paramètre, et en déduire

une estimation de la localisation du téléphone mobile.

2. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour estimer la distance entre un téléphone mobile et la première borne radio, avec une marge d'imprécision Adbm en

fonction de la durée mise par une onde pour parcourir la dite distance.

3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour estimer les niveaux de réception des

émissions de la première borne radio et de bornes radio voisines.

4. Système selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour estimer la qualité de réception des émissions de la première borne radio et

de bornes radio voisines.

5. Système selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé par le fait que le téléphone mobile comprend des moyens pour comparer les instants de réception ri par le téléphone mobile des émissions des autres bornes radio aux instants de réception r des émissions de la première borne radio et en déduire la valeur du décalage Ari des instants de réception, et des moyens pour transmettre au serveur par l'intermédiaire de la première borne radio la valeur de chaque décalage Ari, et que le serveur comprend des moyens pour estimer la distance entre le téléphone mobile et chaque autre borne radio en fonction du décalage Ari, et du décalage Aei entre les instants d'émission ei des autres bornes

radio et les instants d'émission e de la première borne radio.

6. Système selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour préciser la localisation du téléphone mobile en recoupant les estimations

de localisation obtenues par au moins deux paramètres.

7. Système selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé par le fait que la localisation est effectuée sur

commande de l'utilisateur du téléphone mobile.

8. Système selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé par le fait que le serveur comprend des moyens pour émettre des informations à destination de l'utilisateur en fonction du

lieu o se trouve le téléphone mobile.

9. Système selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé par le fait que, la transmission d'informations entre un téléphone mobile et une borne radio s'effectuant sur un canal de service et sur un canal de trafic, la transmission des informations relatives audit paramètre à la première borne radio est effectuée sur le canal de

trafic ou par un service de messages courts.

10. Système selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé par le fait que la cartographie est adaptée aux niveaux de puissance d'émission des différentes bornes radio par

interpolation linéaire.

11. Système selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé par le fait que la cartographie est recalculée en fonction de l'évolution de paramètres susceptibles de modifier les valeurs

remontées vers le serveur d'informations géographiques.

12. Système selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé par le fait que la station mobile comprend des moyens pour comparer des données de localisation avec une zone

préenregistrée, en vue d'une tarification spécifique.