WO1999033303A1 - Procede et equipement de localisation d'un telephone mobile - Google Patents

Procede et equipement de localisation d'un telephone mobile Download PDF

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WO1999033303A1
WO1999033303A1 PCT/FR1998/002771 FR9802771W WO9933303A1 WO 1999033303 A1 WO1999033303 A1 WO 1999033303A1 FR 9802771 W FR9802771 W FR 9802771W WO 9933303 A1 WO9933303 A1 WO 9933303A1
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WO
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base station
location
information
locating
mobile phone
Prior art date
Application number
PCT/FR1998/002771
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English (en)
Inventor
Jean-François ZELL
Gilles Blanc
Original Assignee
Aqsacom S.A.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aqsacom S.A. filed Critical Aqsacom S.A.
Priority to AU17657/99A priority Critical patent/AU1765799A/en
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management

Definitions

  • the present invention relates to the field of localization of a person or of equipment by analysis of the radiofrequency signals transmitted between a cellular telephone equipping said person or of the equipment, and the basic transmitting / receiving stations of the cellular network of mobile radiotelephony, stations designated by the term "BTS".
  • the invention relates to the location of mobile telephones belonging to a cellular radiotelephony cellular network such as networks of GSM, DCS or PCS type.
  • European patent EP0800319 discloses a localization method by analysis of the signals received by at least two different base stations, by measurement of the time offset or "Ti ing Advance", and by triangulation.
  • this process allows precise location of the mobile phone.
  • the accuracy of the location is greatly compromised by radio disturbances, related to the relief and the specifics of wave propagation due to artefacts such as the presence of buildings or other disturbing elements.
  • this method requires a change of transmitting / receiving station during communication, which imposes unsatisfactory constraints with normal use of the mobile phone and / or normal operation of the digital cellular telephone network.
  • Another method disclosed by PCT patent 097/17623, proposes to triangulate the radiofrequency signals exchanged between the mobile phone and the base stations. The means implemented for the exploitation of the radiofrequency signals are not described in this document, and it seems difficult to effectively carry out a localization with the method as described in this patent.
  • This method necessarily implements radio detection equipment other than those ensuring normal operation of the radiocommunication network, unlike the method according to the invention.
  • German patent DE19533472 describing a method of global location of the volume of subscribers of a network and not the location of an isolated subscriber in the multiplexed communications stream.
  • the signals are collected not at the network base station, but by additional equipment, placed on the ground, at the air interface of the network.
  • the object of the invention is to propose an efficient and precise localization method, avoiding any modification of the communication protocols and of the hardware installation of the cellular network.
  • An important additional result sought by the invention is the optimization of the operating costs of the localization process, by minimizing the costs of the data transmissions necessary for the implementation of the process, while allowing wide geographic coverage.
  • the invention relates in its most general sense to a method of locating a mobile telephone in communication by using the service signals exchanged between said mobile telephone and the cellular radiotelephony cellular network, characterized in that the the signaling information is recorded at the interface (called A-bis in the GSM standard) between the base station of the network, and the base station controller usually designated by "BSC", in that one performs a filtering of said information on the basis of predetermined criteria, and in that the information thus filtered is transmitted to a supervision station, and in that one proceeds at the level of the supervision station to the processing of the information sought .
  • A-bis in the GSM standard
  • the invention also relates to localization equipment for implementing the method, implementing a signal capture means such as a protocol analyzer, or a capture card implanted in the BSC, the function of which is to '' acquire the signaling signals associated with the communications routed by the base stations to which the station controller base is connected, to record the signaling corresponding to communications intended for or coming from mobile telephones in connection with the BSC and to transmit to the localization equipment the non-decoded information captured by the signal analyzer.
  • a signal capture means such as a protocol analyzer, or a capture card implanted in the BSC, the function of which is to '' acquire the signaling signals associated with the communications routed by the base stations to which the station controller base is connected, to record the signaling corresponding to communications intended for or coming from mobile telephones in connection with the BSC and to transmit to the localization equipment the non-decoded information captured by the signal analyzer.
  • the location system of a cell-type mobile telephone exclusively exploits the information exchanged over a cellular network of mobile radiotelephony to guarantee the quality of the radio link. It only requires recording the signaling used to guarantee the establishment, maintenance and quality of the radio link, and does not interfere in any way with the operator network. In particular, it does not require any hardware or software modification of this network. Likewise, it does not insert any message in the signaling exchanged on the network.
  • the invention is characterized in that the method includes a filtering step which is essential to allow the reconstruction of all simultaneous communications.
  • the filtering step makes it possible to reconstruct a communication (or a plurality of specific communications) from the analyzed communication flow.
  • the location of a communication and not a mobile The final accuracy of the location depends on the quality of the terrain mapping, the characteristics of the communications established or received by the mobile (s) (number, duration and quality).
  • the system provides a snapshot of a communication specifying its extrinsic characteristics, including the geographic coordinates of the place where it was exchanged. It does not provide elements on the data intrinsic to it (listening to speech, or data exchanged by the subscriber).
  • FIG. 2 shows a schematic view of the constituent equipment of the location system according to the invention
  • FIG. 4 shows schematically a typical case of grouping of base transmitter / receiver stations following "local attenuations".
  • the invention relates on the one hand to the method of "capturing" information allowing the extraction of the signaling corresponding to the communications, of preliminary pre-localization and of finer localization, and on the other hand the equipment for the implementation of this process .
  • the fine localization is carried out thanks to a cartography of the disturbances of the hertzian propagation in the zone where the localization must be possible, by different methods which will be described.
  • This mapping is done initially, before the start of the localization installation, and is then regularly updated to take account of changes in the radiotelephony network, and changes in radio propagation.
  • the localization equipment mainly uses three components, namely a supervision center, n local stations or calculation modules, and n analyzers or capture cards. The first two components mentioned are connected by telecommunication links, the operation of which is organized to minimize costs.
  • Protocol analyzers or capture cards are physically installed at the level of base station controllers. They acquire and record the signaling associated with communications passing through the base stations to which the base station controller is connected. This first component transmits to the local pre-localization equipment the non-decoded information corresponding to the communications.
  • the signaling acquisition system is integrated into the BSC in the form of a capture card as well as a processing module.
  • This internal module of the BSC has computing capacities and plays the role of local station, the information being transmitted via the fixed network (NSS) of the GSM.
  • NSS fixed network
  • the local pre-location equipment is directly connected to the protocol analyzer or to a signal acquisition means.
  • the function of this pre-location equipment is:
  • Fine localization equipment is connected to one or more pre-location equipment or local stations by a PSTN, NUMERIS telephone link, or by radio link (satellite, GSM, etc.). Their function is: • to extract the identity of the subscriber and possibly the identifier of the mobile phone;
  • FIG. 1 represents a schematic view of an example of an installation for implementing the invention.
  • the cellular telephone network implements a plurality of base stations (BTS1 to BTS4) distributed over the territory to form a more or less regular network, according to the specificities of the terrain.
  • BTSi base stations each communicate with a BSC base station controller.
  • Each base station controller therefore controls a set of base stations assigned to it.
  • the mobile telephone MS exchanges service signals bidirectionally with the service BTS, and unidirectionally with the other BTSs, according to a standardized protocol, for example according to the GSM standard.
  • FIG. 2 shows the block diagram of an installation according to the invention.
  • Communication between the mobile phone and the BTSi base station selected in application of the GSM standard takes place via a radio link.
  • the signals exchanged between the mobile telephone MS and the base station BTSi include service signals specific to the standard implemented, in particular parameters, such as an identifier of the mobile telephone MS, an identifier of the subscriber and the measurements made by the mobile phone (level and quality of reception of BTS).
  • the service signals include in particular, in the case of the GSM standard or of the DCS and PCS standards which are adaptations to other frequencies of this standard: - the type of communication (call from the mobile, or on the contrary received by mobile);
  • IMSI international identity of a subscriber to a GSM, DCS or PCS network -, TMSI - temporary identity of a subscriber;
  • the information relating to the signals received can be conditioned in the form of a single possibly proprietary message
  • This information forms the description of a communication.
  • These data are extracted from the signaling by the local workstation.
  • the signaling is acquired by a signaling capture system or by a protocol analyzer physically located in the same place as the BSC, and connected in parallel to the A-bis interface connecting the network base stations and the station controller. basic. >
  • Timing Advance represents the time offset of the instant of transmission of the mobile phone. It is an advance of the instant of emission of the mobile phone in order to compensate for the radio propagation time and / or possible delays related to the mobile. These can be neglected, or taken into account using the "MS Timing Offset” parameter, if the latter is implemented. It is therefore theoretically possible to deduce from the “Timing Advance” information a distance between the mobile telephone and the base station with which it is in communication, by the following relation:
  • the power and quality information indicates the signal transmission power of the service base station and the mobile phone, the powers received by the mobile phone and the base station, the powers received from the base stations neighbors by the mobile phone.
  • the power received is theoretically inversely proportional to the square of the distance between the transmitter and the receiver. It therefore theoretically provides an indication of this distance, if we neglect the artifacts related to radio propagation.
  • the localization method includes a step of filtering communications including processing of information with a view to pre-localization, then fine localization.
  • the filtering step consists in isolating, at the interface between the base stations and the base station controller, the communications to be located. This filtering is carried out using a local workstation or a local module controlling a protocol analyzer or any signaling acquisition system.
  • the protocol analyzer or the capture card acquires the signaling, formats it for decoding by the workstation or the local module, saves it and communicates it to the latter.
  • This information contains among other things the identifiers of the mobile phone, the radio parameters of which the location information will be derived, the number called, ...
  • the workstation or the dedicated module selects all of the information relating to the radio link corresponding to this communication. This information is stored in a local mass memory, or transmitted in real time to an equipment for the exploitation of this information.
  • This filtering makes it possible to distribute the cost of the treatments and to reduce the cost of the links between the stations or the local modules, and the operating equipment installed at the level of a supervision center. Indeed, this information can be transmitted periodically, for example every hour or once a day or on triggering criteria as needed. For motion tracking applications during communication, the periodicity of information transmissions will of course be shorter than for implantation verification applications.
  • the information is used to obtain a rough location and the identifiers associated with the communication are carried out at the local station or equivalent module. This selects the communications according to criteria provided by the supervision center.
  • the information relating to these communications is transmitted with the description established by the local station to the supervision center.
  • the latter performs the final filtering and builds a snapshot of the communication containing the precise geographic position.
  • This preparatory work consists in a cartography of the parameters of hertzian transmission by methods of:
  • the pre-location phase consists of determining the difference between the characteristic parameters of the radio link (PCLR) at a fulcrum, and the PCLRs of the communication i to be located, whose parameters have been extracted from the signaling. This measurement is repeated with all the points d- support 1 in order to extract the point or points having a minimum distance. These points define a rough location area.
  • PCLR radio link
  • the main parameters are as follows (they can be derived from proprietary messages): Reception levels: from the network base station (service BTS) (RXLEV_FULL_SERVING_CELL and RXLEV_SUB_SERVING_CELL) from the mobile phone (RXLEV_FULL_up and RXLEV_SUB_up) neighbors (RXLEV_NCELLi) Transmitting power in relation to the maximum possible from the service base station (BS POWER) of the mobile phone (MS POWER) Quality of reception of the signal from the base station (service BTS) (RXQUAL_FULL_SERVING_lCELL,
  • RXQUAL_SUB_SERVING_CELL of the mobile phone (RXQUAL_FULL_up, RXQUAL_SUB_up) Identifiers of the mobile phone and cells.
  • the first consists in looking for support points with a minimum difference while performing a simulation of "local attenuation”.
  • the search for support points with a minimum deviation is carried out by simulating isotropic "local attenuations": the parameters of the radio link of the communication i are modified by correcting them with an attenuation ao, then we select the couple (s) ⁇ measure of the deviation, fulcrum ⁇ with minimal deviation from the PCLR of i. The operation is then repeated, ao describing a set of given values. The minimum values of the difference are then selected from the preceding pairs after correction.
  • the support point (s) found at this stage are the points closest "geographically" to I (place of i) and the corresponding value ao is an estimated value of the isotropic "local attenuation" noted AT Q.
  • the second method is to eliminate
  • the reception level of the BTS ⁇ is subtracted from the reception level of the other BTSs. If we assume that two reception levels are assigned the same "local attenuation", this is therefore eliminated. The resulting value is used to establish a map independent of "local attenuation".
  • the BTS ⁇ can be any BTS from which the mobile receives signals.
  • the radio parameters of communication i are preprocessed as described in the previous paragraph; we then look for the support point (s) whose PCLRs have a minimum difference with the PCLRs of communication i. This technique then makes it possible to deduce an estimate of "local attenuation", noted AT 0 •
  • the two methods are preferably used together in order to be redundant and to obtain confirmations.
  • the invention proposes various methods which are used jointly to obtain a precise location of the place I.
  • the level of the communication i has a value "8" and it is deduced therefrom that the mobile telephone is in the gray area.
  • Non-zero local attenuation first method.
  • the reception levels of the BTS are used after the following preprocessing: • Let Rxlev_ ⁇ be the " theoretical reception level of the BTS ⁇ in I, AT” the real local attenuation "and AT 0 the isotropic attenuation estimated by the phase 1.
  • RR_ ⁇ RxLev_ ⁇ - AT
  • intersection of the equi-level zones is not therefore not unique: it is necessary to reason in maximum likelihood.
  • An alternative to this technique consists in determining the curve at "equal distance" of two zones of levels corresponding to two different RR_ ⁇ belonging to the same PCLR. All the curves thus constructed intersect at a single point if the attenuation is effectively isotropic. This point is the position of the mobile. If these curves do not have a common point, we can retain, for example, as the most probable position of the mobile, the geographical location of the maximum of intersections.
  • the description of these techniques highlights the advantage of having a large number of neighboring BTSs. Indeed, the isotropic "local attenuation" hypothesis is not always verified. The reasoning is then carried out with a specific local attenuation for each group of BTS: the hypothesis is more realistic for these restricted groups of BTS.
  • one or more BTS (BTS4, BTS5) and (BTSI, BTS2, BTS3) in Figure 4 may have a particular attenuation related to the configuration of the terrain and / or the position of the mobile. In this case, these BTS are grouped together. The reasoning is then carried out with several different local attenuations.
  • Non-zero local attenuation second method.
  • the coarse localization method we subtract from the reception level of the neighboring BTS ⁇ that of the neighboring BTS ⁇ . Then, we extrapolate the intermediate reception levels for this mapping independent of local attenuation. The intersection of the zones corresponding to the reception levels thus treated of the communication i is then determined.
  • the levels of all the BTS are used successively as the level to be subtracted and the results of the different locations are merged.
  • the mapping of the transmission time offset carried out at the m support points can allow localization of the MS. If an event of type "handover", that is to say a change of service BTS during the communication occurs, a new value of TA characterizes this same communication. These two TA correspond to two different cartographic zones compared to two BTS which are also different. The mobile is located at the intersection of these areas. However, the TA does not indicate the distance as the crow flies between MS and BTS, but measures the length of the path or paths used during communication by radio waves (phenomena of multiple reflections, bypassing an obstacle , ). TA is therefore not a measure of geographic distance. Its direct conversion to a distance provides at best only an upper bound on the distance between the service BTS and the MS. This shows the advantage of mapping the TA to obtain good precision and not of reasoning directly by triangulation.
  • the merger is configured in such a way as to give significant confidence to concordant locations obtained from separate initial parameters.
  • the following description relates to the reconstruction of all communications.
  • the GSM communication location system is connected to the GSM network at the interface between the BTS and the BSC.
  • This interface is called A-bis by the GSM standard. It carries a partial copy of the signaling information which is exchanged during a communication between the BTS and a GSM mobile phone, therefore on the radio interface of the GSM network.
  • the location system requires to locate a GSM communication to isolate the signaling messages associated with this communication from all the messages passing through the A-bis interfaces of the GSM network. This operation is designated by the expression "reconstruct the communication”.
  • the "reconstruction" of a communication carried out on the radio interface Um must therefore be carried out on the basis of the information of the interface A-bis which is only a partial copy of the information exchanged on the interface Um.
  • the location system does not have information broadcast on the radio interface by the BTS and correspondence tables located in BTS, BSC and OMC-R. It is therefore necessary for the location system
  • the construction of the tables corresponds to a learning phase of the network and then to an operation frozen from the tables. This risks inducing errors in the event of evolution of the GSM network, but is optimum as regards the computational load aspect.
  • the missing information is as follows:
  • the identifiers of the radio frequencies are schematically of two different types on the interface A-bis. "Reconstruction of communications” requires establishing a link between these two types of identifier: a communication is split into different parts. Standard GSM allows simple identification of the different messages of a given communication belonging to one of these parties. The problem posed by the "reconstruction of communications" is as follows: having the different messages making up part A of the communication, what are the elements which will make it possible to identify the next part, ie part B?
  • Type 1 identifier - message where type 1 identifier is a circuit identifier (MIC number + IT number + TEI) which must determine the correspondence with a hertzian frequency. This correspondence is bijective. However, among the messages of part A are messages which describe the radio frequency of part B. However, this description is carried out with a type 2 identifier different from the type 1 identifiers, the type 2 identifier being a radio identifier. It is therefore necessary to establish a correspondence between these identifiers.
  • type 1 identifier is a circuit identifier (MIC number + IT number + TEI) which must determine the correspondence with a hertzian frequency. This correspondence is bijective. However, among the messages of part A are messages which describe the radio frequency of part B. However, this description is carried out with a type 2 identifier different from the type 1 identifiers, the type 2 identifier being a radio identifier. It is therefore necessary to establish a correspondence between these identifiers.
  • Phase 1 association between type 1 and type 2 identifiers
  • This message indicates a change in the communication part: the first part of the communication is closed and the second part ensures the continuation of this communication (The first and second designations actually correspond to parts n ° 1 and 2 of the communication).
  • the first and second designations actually correspond to parts n ° 1 and 2 of the communication.
  • mapping is then carried out by identifying the same parameters between the end of the first part and the potential beginnings of the second part.
  • a single mapping must respect the criteria imposed on the parameters.
  • contention a statistical method is used f.
  • the time stamp is added by the signaling acquisition system. It replaces with less precision the frame number which is not available at this level;
  • the encryption key this is an optional parameter used to code the communication on the radio interface. It is present in one of the messages in part 2 of the communication. This key is coded on 64 bits of which 54 are actually used. It is unique for a given communication. It is therefore an important element enabling the two parts of the communication to be almost certainly linked up when the encryption option is used by the GSM network. We then obtain a correspondence between the type 1 and type 2 identifiers of the second and third parts of the communication.
  • Phase 2 grouping of radio frequencies into subsets corresponding to BTS
  • the statistical information collected in particular the n ° of channels and sub-channels makes it possible to determine the function of these frequencies and the structure which is assigned to them.
  • part n of the communication takes place with a given BTS base
  • the n + 1 part of the same communication takes place with a different BTS base station.
  • the new parameter taken into account for the association search is the Handover reference; it is a digital value coded on 8 bits. This value is unique at a given time for a given BTS base station. Its presence is imposed by the GSM standard.
  • the studied message of part n also contains the description of the BTS of part n + 1. It then suffices to associate it with the identified radio frequency.
  • Glossary A_bis BSC - BTS interface.
  • BTS Base Transceiver Station.
  • MIC Pulse Modulation and Coding.
  • links MIC indicates the digital links made up of a set of channel with 64 kbit / s time multiplexed.
  • TEI Terminal Equipment Identity
  • OMC-R Operation and Maintenance Center-Radio.
  • the invention extends to any variant that a person skilled in the art could make to the abovementioned process.
  • all localization can be carried out at the local station, the supervision center only collecting, filtering and presenting the results.
  • This variant makes it possible to further limit the load of the supervision center and the exchange of information, but it is then necessary to encrypt the directly exploitable data passing between local station and supervision center.
  • the supervision center can be confused with one of the local stations. This variant allows you to be closer to the field to be more responsive.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un procédé de localisation d'un téléphone mobile en communication par exploitation des signaux de services échangés entre ledit téléphone mobile et le réseau cellulaire de radiocommunication mobile, caractérisé en ce que l'on enregistre les informations de signalisation au niveau de l'interface entre la station de base du réseau, et le contrôleur de stations de bases, en ce que l'on procède à un filtrage desdites informations à partir de critères prédéterminés, et en ce que l'on transmette les informations filtrées et un descriptif à une station de supervision, et en ce que l'on procède au niveau de la station de supervision à la construction et à la présentation des informations recherchées.

Description

PROCEDE ET EQUIPEMENT DE LOCALISATION D~UN TELEPHONE MOBILE
La présente invention concerne le domaine de la localisation d'une personne ou d'un matériel par analyse des signaux radiofréquences transmis entre un téléphone cellulaire équipant ladite personne ou le matériel, et les stations émettrice/réceptrice de base du réseau cellulaire de radiotéléphonie mobile, stations désignées par le terme "BTS" .
En particulier, l'invention se rapporte à la localisation de téléphones mobiles appartenant à un réseau cellulaire de radiotéléphonie mobile tels les réseaux de type GSM, DCS ou PCS .
Il est connu dans l'état de la technique d'exploiter certains signaux de service pour procéder à la localisation d'un téléphone portable.
Le brevet européen EP0800319 divulgue un procédé de localisation par analyse des signaux reçus par deux stations de bases différentes au moins, par mesure du décalage temporel ou "Ti ing Advance", et par triangulation.
En principe, ce procédé permet une localisation précise du téléphone portable. Dans la réalité, la précision de la localisation est fortement compromise par les perturbations hertziennes, liées au relief et aux spécificités de propagation des ondes dues à des artefacts tels que la présence de bâtiments ou d'autres éléments perturbateurs. Par ailleurs, ce procédé nécessite un changement de station émettrice/réceptrice en cours de communication, ce qui impose des contraintes peu satisfaisantes avec un usage normal du téléphone mobile et/ou l'exploitation normale du réseau de téléphonie cellulaire numérique. Un autre procédé, divulgué par le brevet PCT 097/17623, propose de procéder à une triangulation des signaux radiofréquences échangés entre le téléphone portable et les stations de base. Les moyens mis en œuvre pour l'exploitation des signaux radiofréquences ne sont pas décrits dans ce document, et il semble difficile de réaliser effectivement une localisation avec le procédé tel qu'il est décrit dans ce brevet. Ce procédé met nécessairement en oeuvre des équipement de radio-détection autres que ceux assurant le fonctionnement normal du réseau de radiocommunications, à la différence du procédé selon l'invention.
On connaît également le brevet allemand DE19533472 décrivant un procédé de localisation globale du volume des abonnés d'un réseau et non pas la localisation d'un abonné isolé dans le flux de communications multiplexées. La captation des signaux se fait non pas au niveau de la station de base du réseau, mais par un équipement additionnel, placé sur le terrain, à l'interface aérienne du réseau.
Une telle solution pose dans la pratique des problèmes multiples. Le premier concerne la mise en place d'une infrastructure additionnelle, composée de récepteurs fixes ou mobiles et de moyens de centralisation. Un autre problème concerne le déchiffrement des communications dont la transmission hertzienne est cryptée. Ce brevet propose également une solution prévoyant que les données de mesure sont obtenues du côté des usagers , et non pas du coté de 1 ' opérateur .
Enfin, le procédé décrit par ce brevet allemand prévoit un maillage et une affectation de valeur imposant un modèle complet du terrain.
Le document IEEE "Proceedings of the vehicular technology conférence, Stockholm, june 8-10, 1994, vol. 1, n° CONF. 44 du 8 juin 1994, pages 338-342" décrit un procédé de localisation d'un mobile unique sur une route. Il ne divulgue ni l'enregistrement de l'information de signalisation, ni le filtrage des signaux. Il divulgue en fait un modèle de simulation prenant en compte les signaux de service d'un téléphone cellulaire identifié et unique, et mettant en œuvre un procédé de traitement par logique floue et système de neurones, nécessitant une phase d'apprentissage.
Le but de l'invention est de proposer un procédé de localisation efficace et précis, évitant toute modification des protocoles de communication et de l'installation matérielle du réseau cellulaire. Un résultat annexe important recherché par l'invention est l'optimisation des coûts d'exploitation du procédé de localisation, en minimisant les coûts des transmissions de données nécessaires à la mise en œuvre du procédé, tout en autorisant une couverture géographique étendue . A cet effet, l'invention concerne dans son acception la plus générale un procédé de localisation d'un téléphone mobile en communication par exploitation des signaux de services échangés entre ledit téléphone mobile et le réseau cellulaire de radiotéléphonie mobile, caractérisé en ce que l'on enregistre les informations de signalisation au niveau de 1 ' interface (nommée A-bis dans la norme GSM) entre la station de base du réseau, et le contrôleur de stations de bases désigné habituellement par "BSC", en ce que l'on procède à un filtrage desdites informations à partir de critères prédéterminés, et en ce que l'on transmette les informations ainsi filtrées à une station de supervision, et en ce que l'on procède au niveau de la station de supervision au traitement des informations recherchées . L ' invention concerne également un équipement de localisation pour la mise en œuvre du procédé, mettant en œuvre un moyen de capture de la signalisation tel qu'un analyseur de protocole, ou une carte de capture implantée dans le BSC, dont la fonction est d'acquérir les signaux de signalisation associés aux communications acheminées par les stations de base auxquelles le contrôleur de stations de base est raccordé, d'enregistrer la signalisation correspondant aux communications destinées à ou provenant des téléphones mobiles en liaison avec le BSC et de transmettre à l'équipement de localisation les informations non décodées captées par l'analyseur de signaux.
Le système de localisation d'un téléphone mobile de type cellulaire selon 1 ' invention exploite exclusivement les informations échangées sur un réseau cellulaire de radiotéléphonie mobile pour garantir la qualité du lien radio. Il ne nécessite que d'enregistrer la signalisation employée pour garantir l'établissement, le maintien et la qualité du lien radio, et n'interfère en rien avec le réseau opérateur. En particulier, il ne nécessite aucune modification matérielle ou logicielle de ce réseau. De même, il n'insère aucun message dans la signalisation échangée sur le réseau.
Il permet la localisation précise d'un téléphone mobile en communication et le suivi de celui-ci s'il se déplace en cours de communication. Pour garantir cette précision, il emploie des techniques redondantes de localisation, dont les résultats sont fusionnés pour obtenir la position du téléphone mobile. La zone géographique surveillée est définie indépendamment des caractéristiques du réseau. L'invention se caractérise par le fait que le procédé comporte une étape de filtrage qui est essentielle pour permettre la reconstruction de toutes communications simultanées. L'étape de filtrage permet de reconstruire une communication (ou une pluralité de communications spécifiques) à partir du flux de communication analysé.
Les conditions requises pour sa mise en place sont les suivantes :
- Un nombre donné de cellules à surveiller, ces cellules ayant des cellules voisines ; - La localisation d'une communication et non d'un mobile. La précision finale de la localisation dépend de la qualité de la cartographie du terrain, des caractéristiques des communications établies ou reçues par le ou les mobiles (nombre, durée et qualité) . Le système fournit un cliché d'une communication précisant les caractéristiques extrinsèques de celle-ci dont les coordonnées géographiques du lieu où elle a été échangée. Il ne fournit pas d'éléments sur les données intrinsèques à celle-ci (écoute de la parole, ou des données échangées par l'abonné) .
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, se référant à un exemple de réalisation non limitatif décrit en relation avec les figures annexées où : - la figure 1 représente une vue schématique d'une installation de localisation conforme à 1 ' invention ;
- la figure 2 représente une vue schématique des équipements constitutifs du système de localisation selon l'invention ;
- la figure 3 représente une vue schématique des points d'appui ;
- la figure 4 schématise un cas type de regroupement de stations émettrice/réceptrice de base suite à des "atténuations locales".
L'invention concerne d'une part le procédé de "capture" des informations permettant l'extraction de la signalisation correspondant aux communications, de prélocalisation sommaire et de localisation plus fine, et d'autre part l'équipement pour la mise en œuvre de ce procédé .
La localisation fine est réalisée grâce à une cartographie des perturbations de la propagation hertzienne dans la zone où la localisation doit être possible, par différentes méthodes qui seront décrites. Cette cartographie est faite initialement, avant la mise en route de l'installation de localisation, et est ensuite régulièrement réactualisée pour tenir compte des modifications du réseau de radiotéléphonie, et des modifications de la propagation hertzienne. L'équipement de localisation met en œuvre principalement trois composants, à savoir un centre de supervision, n stations locales ou modules de calculs , et n analyseurs ou les cartes de capture . Les deux premiers composants cités sont reliés par des liaisons de télécommunication, dont l'exploitation est organisée pour minimiser les coûts .
Les analyseurs de protocole ou les cartes de capture sont implantées physiquement au niveau des contrôleurs de stations de base. Ils réalisent l'acquisition et l'enregistrement de la signalisation associée aux communications transitant par les stations de base auxquelles le contrôleur de stations de base est raccordé. Ce premier composant transmet à 1 ' équipement de prélocalisation local les informations non décodées correspondant aux communications . "
Selon une variante, le système d'acquisition de la signalisation est intégrée au BSC sous forme d'une carte de capture ainsi qu'un module de traitement. Ce module interne au BSC dispose de capacités de calcul et joue le rôle de station locale, les informations étant remontées via le réseau fixe (NSS) du GSM.
L'équipement de pré-localisation local est relié directement à 1 ' analyseur de protocole ou à un moyen d'acquisition de la signalisation. La fonction de cet équipement de pré-localisation est :
• de procéder à un pré-traitement pour extraire les informations de signalisation permettant de déterminer grossièrement la localisation des téléphones mobiles à partir des signaux exposés par la suite ; • d'extraire les caractéristiques de la communication, d'en construire le descriptif ; • de sélectionner les communications pour le centre de supervision ;
• de transmettre ces données filtrées à l'équipement de localisation fine. Les équipements de localisation fine sont reliés à un ou plusieurs équipements de pré-localisation ou stations locales par une liaison téléphonique RTC, NUMERIS, ou par liaison hertzienne (satellite, GSM, etc.). Leur fonction est : • d'extraire l'identité de l'abonné et éventuellement 1 ' identifiant du téléphone mobile ;
• d'interroger des entités du réseau de radiotéléphonie pour établir les correspondances entre les différents identifiants d'un même abonné ; * de calculer les coordonnées géographiques précises selon des méthodes détaillées dans la suite de la description ;
• d'établir un cliché de communication ;
• de permettre l'établissement de requêtes. La figure 1 représente une vue schématique d'un exemple d'installation pour la mise en œuvre de l'invention. De façon connue, le réseau de téléphonie cellulaire met en œuvre une pluralité de stations de base (BTS1 à BTS4) répartie sur le territoire pour former un maillage plus ou moins régulier, en fonction des spécificités du terrain. Ces stations de base BTSi communiquent chacune avec un contrôleur de stations de base BSC. Chaque contrôleur de station de base contrôle donc un ensemble de stations de base qui lui sont affectées. Lors d'une communication ou d'une recherche d'abonné, le téléphone mobile MS échange des signaux de service de façon bidirectionnelle avec la BTS de service, et de façon unidirectionnelle avec les autres BTS, selon un protocole normalisé, par exemple selon la norme GSM. L'invention n'est toutefois pas limitée à une norme spécifique, mais peut être adaptée à toute norme dédiée à la gestion d'un réseau de radiotéléphonie cellulaire. La figure 2 représente le schéma de principe d'une installation conforme à l'invention. La communication entre le téléphone portable et la station de base BTSi sélectionnée en application de la norme GSM s'effectue par une liaison hertzienne. Les signaux échangés entre le téléphone mobile MS et la station de base BTSi comprennent des signaux de service spécifiques à la norme mise en œuvre, en particulier des paramètres, tels qu'un identifiant du téléphone mobile MS, un identifiant de l'abonné et les mesures effectuées par le téléphone mobile (niveau et qualité de réception des BTS) . Les signaux de services comprennent en particulier, dans le cas de la norme GSM ou des normes DCS et PCS qui sont des adaptations à d ' autres fréquences de cette norme : - le type de communication (appel à partir du mobile, ou au contraire reçu par le mobile) ;
- communication avec ou sans décroché du correspondant ;
- nature de la communication (voix ou données) ; - classe du mobile (puissance du mobile) ;
- identité de l'abonné : IMSI - identité internationale d'un abonné à un réseau GSM, DCS ou PCS -, TMSI - identité temporaire d'un abonné ;
- l'identifiant du téléphone mobile (IMEI - n° de série) ;
- le numéro du canal et sous-canal ;
- des informations temporelles telles que le décalage temporel d'émission ;
- des informations relatives aux signaux reçus par la station de base :
- la puissance moyenne à laquelle le signal du téléphone mobile est reçu par la station de base, sur 1 ' ensemble de la période écoulée depuis la dernière valeur de puissance fournie - la puissance moyenne à laquelle le signal du téléphone mobile est reçu par la station de base, sur un sous-ensemble de la période écoulée depuis la dernière valeur de puissance fournie ;
- la qualité moyenne au sens de la norme GSM ou de ses dérivées avec laquelle le signal du téléphone mobile est reçu par la station de base, sur l'ensemble de la période écoulée depuis la dernière valeur de qualité fournie
- la qualité moyenne au sens de la norme GSM ou de ses dérivées avec laquelle le signal du téléphone mobile est reçu par la station de base, sur un sous-ensemble de la période écoulée depuis la dernière valeur de qualité fournie
l'emploi ou non du DTX (suppression des périodes sans voix au cours d'une communication) pour les échanges dans le sens BTS vers MS ;
- des informations relatives aux signaux reçus par le téléphone mobile, telles que :
- la puissance moyenne à laquelle le signal de la station de base est reçu par le téléphone mobile, sur 1 ' ensemble de la période écoulée depuis la dernière valeur de puissance fournie ;
- la puissance moyenne à laquelle le signal de la station de base est reçu par le téléphone mobile, sur un sόus-ensemble de la période écoulée depuis la dernière valeur de puissance fournie ;
- la qualité moyenne avec laquelle le signal de la station de base est reçu par le téléphone mobile, sur 1 ' ensemble de la période écoulée depuis la dernière valeur de qualité fournie ; - la qualité moyenne avec laquelle le signal de la station de base est reçu par le téléphone mobile, sur un sous-ensemble de la période écoulée depuis la dernière valeur de qualité fournie ;
- les mesures relatives aux BTS voisines, c'est- à-dire la puissance moyenne reçue sur l'ensemble de la période écoulée pour les 6 BTS voisines les plus puissantes
- les informations relatives aux signaux reçus peuvent être conditionnées sous la forme d'un unique message éventuellement propriétaire ;
- les informations réseaux telles que Handover, coupures de communications sur problèmes, etc.
Ces informations forment le descriptif d'une communication. Ces données sont extraites de la signalisation par la station de travail locale. La signalisation est acquise par un système de capture de signalisation ou par un analyseur de protocole implanté physiquement dans le même lieu que la BSC, et branché en parallèle sur 1 ' interface A-bis reliant les stations de base du réseau et le contrôleur de stations de base. >
Les messages échangés sur 1 ' interface A-bis sont normalisés. Dans le cas d'un réseau GSM, ces messages sont répertoriés dans les spécifications ETSI " Mobile Radio Interface Layer 3 spécification GSM 04.08 ", " BSC-BTS Layer 3 spécification GSM 08.58 ", " Radio "Sub-System Link Control GSM 05.08 ", " Radio Transmission and réception GSM 05.05 ".
L'information temporelle dite "Timing Advance" représente le décalage temporel de l'instant d'émission du téléphone mobile. Il s'agit d'une avance de l'instant d'émission du téléphone mobile afin de compenser le temps de propagation radio et/ou d'éventuels retards liés au mobile. Ces derniers peuvent être négligés, ou pris en compte à l'aide du paramètre "MS Timing Offset", si ce dernier est implanté . On peut donc théoriquement déduire de l'information "Timing Advance" une distance entre le téléphone mobile et la station de base avec laquelle il est en communication, par la relation suivante :
1 bit = 3,692 μs sur un aller-retour.
Une unité de l'information "Timing Advance" vaut en conséquence 1/2 x 3.692.106 x 3.108 = 553,8 mètres. Cette relation n'est vraie que dans la situation de visibilité directe entre le téléphone mobile et la station de base avec laquelle il est en communication. Dans les autres situations, où le chemin radio est différent d'une ligne droite, il convient de compenser les artefacts de propagation, par des méthodes cartographiques identiques à celles décrites par la suite.
Les informations relatives à la puissance et à la qualité indiquent la puissance d'émission du signal de la station de base de service et du téléphone mobile, les puissances reçues par le téléphone mobile et la station de base, les puissances reçues des stations de base voisines par le téléphone mobile. Lorsque l'émetteur et le récepteur sont en visibilité directe, la puissance reçue est théoriquement inversement proportionnelle au carré de la distance entre l'émetteur et le récepteur. Elle fournit donc théoriquement une indication sur cette distance, si on néglige les artefacts liés à la propagation radio.
Le procédé de localisation comporte une étape de filtrage des communications incluant un traitement des informations en vue de la pré-localisation, puis de la localisation fine.
L'étape de filtrage consiste à isoler, au niveau de l'interface entre les stations de base et le contrôleur de stations de base, les communications devant être localisées. Ce filtrage est réalisé à l'aide d'une station de travail locale ou d'un module local pilotant un analyseur de protocole ou tout système d'acquisition de la signalisation. L'analyseur de protocole ou la carte de capture acquière la signalisation, la met en forme en vue de son décodage par la station de travail ou le module local, 1 '.enregistre et la communique à cette dernière.
Ces informations contiennent entre autre les identifiants du téléphone mobile, les paramètres radio dont l'information de localisation sera dérivée, le numéro appelé, ...
En cas de détection de l'élément recherché, la station de travail ou le module dédié sélectionne l'ensemble des informations relatives au lien radio correspondant à cette communication. Ces informations sont mémorisées dans une mémoire de masse locale, ou transmises en temps réel à un équipement pour l'exploitation de ces informations.
Ce filtrage permet de répartir le coût des traitements et de réduire le coût des liaisons entre les stations ou les modules locaux, et les équipements d'exploitation implantés au niveau d'un centre de supervision. En effet, ces informations peuvent être transmises périodiquement, par exemple toutes les heures ou une fois par jour ou sur des critères déclenchants en fonction des besoins. Pour des applications de suivi du mouvement au cours de la communication, la périodicité de transmissions des informations sera bien entendu plus courte que pour des applications de vérification d'implantations. L'exploitation des informations pour obtenir une localisation grossière et les identifiants associés à la communication s'effectue au niveau de la station locale ou du module équivalent. Celle-ci sélectionne les communications en fonction de critères fournis par le centre de supervision.
Les informations relatives à ces communications sont transmises avec le descriptif établi par la station locale au centre de supervision. Ce dernier réalise le filtrage final et construit un cliché de la communication contenant la position géographique précise.
L'exploitation de ces informations nécessite une prise en compte préalable des artefacts liés au terrain, afin de permettre la compensation des inhomogénéités de la transmission hertzienne. Ces données sont régulièrement actualisées, afin de tenir compte des modifications du réseau cellulaire (changement de plan de fréquence, implantation de nouvelles stations de base, changement de saison,...) ou de l'apparition de nouvelles constructions.
Ce travail préparatoire consiste en une cartographie des paramètres de transmission hertzienne par des méthodes de :
- modélisation logicielle permettant théoriquement de déterminer en tout point de la zone à surveiller les paramètres caractéristiques d'un lien radio. On extrait alors ces paramètres pour les points de référence ou d'appui.
- modélisation par intelligence artificielle, consistant à enregistrer toute la signalisation associée au trafic émis par les abonnés pour en déduire les points d'appui. Les paramètres radio sont extraits de la signalisation enregistrée. La localisation de ces communications est obtenue par un système d'intelligence artificielle fonctionnant avec des modèles comportementaux. Ces modèles tiennent par exemple compte du tracé des axes routiers, ou des points de concentration d'utilisateurs de téléphones portables, afin d'en déduire des données statistiques permettant de corréler les données résultant du trafic analysé, avec le modèle comportemental pris en compte .
- modélisation par relevé de terrain : on établit des communications en des lieux précis de la zone à modeliser et la signalisation associée à ces communications de calibrage est enregistrée.
On constitue ainsi des séries de couples {points géographiques ; paramètres du lien radio} permettant de construire une matrice de compensation des informations issus de la signalisation.
La phase de pré-localisation consiste à déterminer 1 ' écart entre les paramètres caractéristiques du lien radio (PCLR) en un point d'appui, et les PCLR de la communication i à localiser, dont les paramètres ont été extraits de la signalisation. Cette mesure est répétée avec tous les points d-1 appui afin d'extraire le ou les points présentant un écart minimal. Ces points définissent une zone de localisation grossière. Les principaux paramètres sont les suivants (ils peuvent être déduits de messages propriétaires) : Niveaux de la réception : de la station de base du réseau (BTS de service) (RXLEV_FULL_SERVING_CELL et RXLEV_SUB_SERVING_CELL) du téléphone mobile (RXLEV_FULL_up et RXLEV_SUB_up) des stations de base voisines (RXLEV_NCELLi) Puissance d'émission par rapport au maximum possible de la station de base de service (BS POWER) du téléphone mobile (MS POWER) Qualité de réception du signal de la station de base (BTS de. service) (RXQUAL_FULL_SERVING_lCELL,
RXQUAL_SUB_SERVING_CELL) du téléphone mobile (RXQUAL_FULL_up, RXQUAL_SUB_up) Identifiants du téléphone mobile et des cellules .
Ces mesures peuvent être affectées par des phénomènes "d'atténuation locale".
Pour remédier à ce problème, plusieurs solutions sont proposées par l'invention. La première consiste à rechercher des points d'appui présentant un écart minimal tout en effectuant une simulation de "l'atténuation locale".
La recherche des points d'appui présentant un écart minimal est effectuée en simulant des "atténuations locales" isotropes: on modifie les paramètres du lien radio de la communication i en les corrigeant avec une atténuation ao, puis on sélectionne le ou les couples {mesure de l'écart, point d'appui} présentant un écart minimal avec le PCLR de i. On répète ensuite l'opération, ao décrivant un ensemble de valeurs données . On sélectionne alors les valeurs minimales de l'écart parmi les couples précédents après correction. Le ou les points d'appui trouvés à cette étape sont les points les plus "proches" géographiquement de I (lieu de i) et la valeur ao correspondante est une valeur estimée de "l'atténuation locale" isotrope notée ATQ . La seconde méthode consiste à éliminer
"l'atténuation locale" de la cartographie.
Pour tous les points d'appui, le niveau de réception de la BTS μ est soustrait du niveau de réception des autres BTSs . Si on fait l'hypothèse que deux niveaux de réception sont affectés de la même "atténuation locale", celle-ci est donc éliminée. La valeur résultante est utilisée pour établir une cartographie indépendante de "l'atténuation locale". La BTS μ peut être n'importe quelle BTS dont le mobile reçoit des signaux. Les paramètres radio de la communication i sont pré-traités comme décrit au paragraphe précédent ; on recherche ensuite le ou les points d'appui dont les PCLR présentent un écart minimal avec les PCLR de la communication i . Cette technique permet alors de déduire une estimation de "l'atténuation locale", notée AT0 •
Les deux méthodes sont de préférence employées conjointement afin d'être redondantes et d'obtenir des confirmations .
A l'issue de la pré-localisation, on dispose d'un ensemble de points d'appui "proches" du lieu I de la communication i, et d'une valeur approchée de "l'atténuation locale" .
L'invention propose différentes méthodes qui sont employées conjointement pour obtenir une localisation précise du lieu I.
"Atténuation locale" nulle. A partir des valeurs (10,15,5,10) d'un même paramètre du PCLR des points d'appui sélectionnés (respectivement A,B,C,D), on extrapole au voisinage de ces points des zones géographiques (5 à 15) correspondant aux valeurs intermédiaires de ce paramètre . La valeur correspondante du PCLR de i indique un niveau de réception. Ce niveau correspond à une zone géographique, comme représenté en figure 3.
Dans cet exemple, le niveau de la communication i présente une valeur "8" et on en déduit que le téléphone mobile est dans la zone grisée.
On répète ensuite cette évaluation pour chacune des stations de base en liaison uni- ou bidirectionnelle avec le téléphone mobile. On peut ainsi déterminer précisément la position du téléphone mobile, qui correspond à l'intersection des zones ainsi déterminées.
Atténuation locale non nulle : première méthode . On utilise les niveaux de réception des BTS après le pré-traitement suivant : • Soient Rxlev_λ le " niveau théorique de réception de la BTS λ en I, AT "l'atténuation locale" réelle et AT0 l'atténuation isotrope estimée par la phase 1. Le niveau réel de réception de la BTS λ est de : RR_λ = RxLev_λ- AT. Pour toutes les BTS reçues, on détermine les intersections des zones de niveau RR_λ+ a, a décrivant un intervalle centré sur AT0. Lorsque la valeur de a correspond à AT, il existe une unique intersection des zones équi- niveaux : elle indique la position du mobile. En pratique, "l'atténuation locale" n'est pas isotrope. L'intersection des zones équi-niveaux n'est donc pas unique : il faut raisonner en maximum de vraisemblance. On établit une cartographie des intersections et on recherche les lieux présentant des nombres maximaux d'intersections pour déterminer la position du mobile. Une alternative à cette technique consiste à déterminer la courbe à "égale distance" de deux zones de niveaux correspondant à deux RR_λ différents faisant partie du même PCLR . Toutes les courbes ainsi construites se coupent en un point unique si l'atténuation est effectivement isotrope. Ce point est la position du mobile. Si ces courbes ne présentent pas un point commun, on peut retenir, par exemple, comme position la plus probable du mobile le lieu géographique du maximum d'intersections. La description de ces techniques souligne l'intérêt de disposer d'un nombre important de BTS voisines. En effet, l'hypothèse "d'atténuation locale" isotrope n'est pas toujours vérifiée. Le raisonnement est alors mené avec une atténuation locale spécifique pour chaque groupe de BTS : l'hypothèse est plus réaliste pour ces groupes restreints de BTS.
Ainsi, une ou plusieurs BTS (BTS4, BTS5) et (BTSI, BTS2, BTS3) dans la figure 4 peuvent présenter une atténuation particulière liée à la configuration du terrain et/ou à la position du mobile. Dans ce cas, ces BTS sont regroupées . Le raisonnement est alors mené avec plusieurs atténuations locales différentes .
Atténuation locale non nulle : deuxième méthode . Comme pour la méthode de localisation grossière, on soustrait du niveau de réception de la BTS voisine λ celui de la BTS voisine μ. Puis, on extrapole les niveaux de réception intermédiaires pour cette cartographie indépendante de l'atténuation locale. On détermine ensuite 1 ' intersection des zones correspondant aux niveaux de réception ainsi traités de la communication i.
• Cette méthode est peu robuste face à un niveau de réception de la BTS μ bruité.
• On peut procéder de même en employant le niveau de réception du mobile mesuré par la BTS qui inclut aussi l'atténuation locale ; Cependant, il faut tenir compte du fait que la puissance du mobile peut être commandée par la BTS.
Pour améliorer la résistance au bruit et diminuer l'importance de l'hypothèse isotrope de "l'atténuation locale", les niveaux de toutes les BTS sont employés successivement comme niveau à soustraire et les résultats des différentes localisations sont fusionnés.
Technique spécifique.
La cartographie du décalage temporel d'émission réalisée aux m points d'appui peut permettre une localisation du MS . Si un événement de type "handover", c'est-à-dire un changement de BTS de service au cours de la communication se produit, une nouvelle valeur de TA caractérise cette même communication. Ces deux TA correspondent à deux zones cartographiques différentes par rapport à deux BTS elles aussi différentes. Le mobile se trouve à l'intersection de ces zones. Cependant, le TA n'indique pas la distance à vol d'oiseaux entre MS et BTS, mais mesure la longueur du chemin ou des chemins employés au cours de la communication par les ondes radio (phénomènes de réflexions multiples, contournement d'un obstacle, ...). Le TA n'est donc pas une mesure de distance géographique. Sa conversion directe en une distance ne fournit au mieux qu'une borne supérieure de la distance entre la BTS de service et le MS . Ceci montre l'intérêt de cartographier le TA pour obtenir une bonne précision et non de raisonner directement par triangulation.
La conversion directe du TA en une distance ne fournit de bons résultats que dans le cas de zones peu urbanisées et présentant relativement peu d'obstacles à la propagation des ondes radio.
La limite majeure de cette technique est la nécessité de disposer d'un handover en cours de communication. Or, cette configuration se rencontre peu souvent en pratique. Cette technique peut apporter un élément supplémentaire au système de localisation dans 1 ' optique d'une confirmation mais ne permet pas la localisation en soi , sauf à perturber de manière importante le réseau opérateur (génération volontaire de "handover") .
En fonction des informations disponibles, ces différentes techniques sont employées. Les résultats obtenus sont ensuite fusionnés pour améliorer la précision de localisation. La fusion est paramétrée de manière à accorder une confiance importante à des localisations concordantes et obtenues à partir de paramètres initiaux distincts.
La description qui suit concerne la reconstruction de toutes les communications .
Le système de localisation de communications GSM selon l'invention est connecté au réseau GSM au niveau de l'interface entre les BTS et les BSC. Cette interface est dénommée A-bis par la norme GSM. Elle porte une copie partielle des informations de signalisation qui sont échangées au cours d'une communication entre les BTS et un téléphone mobile GSM donc sur l'interface radio du réseau GSM.
Le système de localisation selon 1 ' invention nécessite pour localiser une communication GSM d'isoler les messages de signalisation associés à cette communication parmi l'ensemble des messages transitant sur les interfaces A-bis du réseau GSM. Cette opération est désignée par l'expression "reconstruire la communication".
La "reconstruction" d'une communication effectuée sur l'interface radio Um doit donc être réalisée à partir des informations de l'interface A-bis qui ne sont qu'une copie partielle des informations échangées sur l'interface Um. De plus, le système de localisation ne dispose pas des informations radiodiffusées sur l'interface radio par les BTS et des tables de correspondance situées dans les BTS, les BSC et les OMC-R. Il est donc nécessaire pour le système de localisation
• soit de construire ces tables
• soit de mettre en place une méthodologie temps réel permettant de s'en affranchir afin de "reconstruire les communications" à partir des seules informations transitant sur les interfaces A-bis.
Ces deux possibilités correspondent à deux philosophies différentes :
La construction des tables correspond à une phase d'apprentissage du réseau puis à un fonctionnement figé à partir des tables . Ceci risque d'induire des erreurs en cas d'évolution du réseau GSM mais est optimum quant à l'aspect charge de calcul.
La méthodologie appliquée en temps réel à chaque communication permet un bon fonctionnement même en cas d'évolution du réseau GSM mais nécessite des capacités de calcul importantes . Ces options permettent toutes deux de déterminer les informations manquantes sur l'interface A-bis pour permettre la "reconstruction des communications".
Ces informations manquantes sont les suivantes :
1. Correspondance entre les différents identifiants désignant une même fréquence hertzienne ;
2. Regroupement des fréquences hertziennes faisant partie d'une même BTS ;
3. Correspondance entre l'identifiant d'une station de base BTS et les fréquences affectées à celle-ci. Ces points sont détaillés dans les Phases 1, 2 et 3 de ce document .
Les identifiants des fréquences hertziennes sont schématiquement de deux types différents sur l'interface A- bis. La "reconstruction des communications" nécessite d'établir un lien entre ces deux types d'identifiant : une communication est scindée en différentes parties. La norme GSM permet une identification simple des différents messages d'une communication donnée appartenant à l'une de ces parties. Le problème posé par la "reconstruction des communications" est le suivant : disposant des différents messages composant une partie A de la communication, quels sont les éléments qui vont permettre d'identifier la partie suivante soit la partie B ?
Les données échangées sur l'interface A-bis se présentent schématiquement sous la forme suivante : Identifiant de type 1 - message où identifiant de type 1 est un identifiant de circuit (n° de MIC + n° d'IT + TEI) dont il faut déterminer la correspondance avec une fréquence hertzienne. Cette correspondance est bijective. Or parmi les messages de la partie A se trouvent des messages qui décrivent la fréquence hertzienne de la partie B. Cependant, cette description est réalisée avec un identifiant de type 2 différent des identifiants de type 1, 1 '.identifiant de type 2 étant un identifiant radio. Il faut donc établir une correspondance entre ces identifiants.
Cette dernière est établie en plusieurs phases . Phase 1 : association entre identifiant de type 1 et 2
Cette association est réalisée à partir de deux types de messages rencontrés sur l'interface A-bis.
Message Immédiate Assignaient Command
Ce message indique un changement de partie de communication : la première partie de la communication est clôturée et la seconde partie assure la poursuite de cette communication (Les désignations première et seconde correspondent effectivement aux parties n°l et 2 de la communication). Dans le message ci-dessus, figure un identifiant de type 2 et des caractéristiques associées à la seconde partie de la communication. Ces caractéristiques précisent en particulier les paramètres spécifiques suivants de la seconde partie : • Time Slot utilisé ;
• Type du canal ;
• N° du sous canal ;
• N° de trame . A partir de ces paramètres , une recherche des secondes parties potentielles de communication est effectuée. A partir de deux messages de cette seconde partie de communication (les messages Channel Activation et Channel Activâtion Acknowledge) , on détermine les paramètres spécifiques de cette seconde partie.
La mise en correspondance est alors effectuée en identifiant les mêmes paramètres entre la fin de première partie et les débuts potentiels de seconde partie. Une seule mise en correspondance doit respecter les critères imposés aux paramètres. En cas de contention, une f méthode statistique est utilisée.
On obtient alors une correspondance entre les identifiants de type 1 et de type 2 des premières et secondes parties de la communication. Message Data Request portant un message
Assignment Command
Dans ce cas, on s'intéresse à la transition entre les parties 2 et 3 de la communication.
Le principe est le même que précédemment seuls diffèrent les messages et les paramètres employés :
• Time Slot utilisé ;
• Type du canal ;
• N° du sous canal ;
• Horodatage ; • Clé de cryptage.
Les deux paramètres nouveaux sont : l' horodatage est ajouté par le système d'acquisition de la signalisation. Il remplace avec une moindre précision le numéro de trame qui n'est pas disponible à ce niveau ; la clé de cryptage : il s'agit d'un paramètre optionnel permettant de coder la communication sur l'interface radio. Elle est présente dans un des messages de la partie 2 de la communication. Cette clé est codée sur 64 bits dont 54 sont effectivement employés . Elle est unique pour une communication donnée. Il s'agit donc d'un élément important permettant de rabouter de manière quasi certaine les deux parties de la communication quand 1 ' option de cryptage est employée par le réseau GSM. On obtient alors une correspondance entre les identifiants de type 1 et de type 2 des secondes et troisièmes parties de la communication.
Ces deux approches sont employées conjointement sur un échantillon représentatif de messages de l'interface A_bis (de l'ordre de 50 000 pour 3 à 5 BTS de taille moyenne) .
Phase 2 : regroupement des fréquences hertziennes en des sous-ensembles correspondant à des BTS
Ce regroupement est effectué de manière immédiate à partir des éléments établis précédemment : les enchaînements entre première et seconde partie de communication et les enchaînements entre seconde et troisième partie de communication ne sont possibles qu'entre des fréquences hertziennes appartenant à la même BTS. La trace des enchaînements étudiés lors de la phase 1 permet donc de regrouper les différentes fréquences hertziennes de manière à reconstituer les BTS du réseau.
De plus, les informations statistiques collectées en particulier les n° de canaux et de sous canaux permettent de déterminer la fonction de ces fréquences et la structure qui leur est affectée.
Phase 3 : identification des BTS
Certaines parties de communication sont différentes des parties citées ci-dessus. Elles correspondent au phénomène suivant appelé handover : la partie n de la communication se déroule avec une station de base BTS donnée, la partie n+1 de la même communication se déroule avec une station de base BTS différente.
Outre les informations déjà présentes lors des transitions entre partie 2 et partie 3, un descriptif de la BTS où se déroule la partie n+1 se trouve parmi les messages composant la partie n de la communication. Pour optimiser les opérations de "reconstruction de la communication", il faut donc
Procéder comme précédemment à la mise en correspondance entre identifiant de type 1 et de type 2 ;
Associer le descriptif de la BTS avec les identifiants de type 1 ou 2.
Pour réaliser ces opérations, on étudie un message particulier de la partie n : Message Data Request portant un message L3
Handover Command
Les principes généraux sont les mêmes que précédemment . Les paramètres présents dans le message sont les suivants : • Time Slot utilisé ;
• Type du canal ;
• N° du sous canal ;
• Horodatage ;
• Clé de cryptage ; • Référence de Handover.
Les remarques effectuées ci dessus s'appliquent encore pour les paramètres horodatage et clé de cryptage.
Le nouveau paramètre pris en compte pour la recherche d'association est la référence de Handover ; il s'agit d'une valeur numérique codée sur 8 bits. Cette valeur est unique à un instant donné pour une station de base BTS donnée. Sa présence est imposée par la norme GSM.
A partir de deux messages de cette seconde partie de communication (les messages Channel Activation et Channel Activation Acknowledge) , on détermine les paramètres caractéristiques correspondants de cette seconde partie. Le message étudié de la partie n contient aussi le descriptif de la BTS de la partie n+1. Il suffit alors de l'associer avec la fréquence hertzienne identifiée.
Glossaire A_bis : interface BSC - BTS.
BTS : Base Transceiver Station.
IT ou TS : Intervalle de Temps.
MIC : Modulation par Impulsion et Codage. Par abus de langage, le terme de liaisons MIC désigne les liaisons numériques composées d'un ensemble de voie à 64 kbit/s multiplexées temporellement .
TEI : Terminal Equipment Identity.
OMC-R : Opération and Maintenance Centre-Radio.
L'invention s'étend à toute variante que l'homme du métier pourrait apporter au procédé susvisé. En particulier, toute la localisation peut être réalisée au niveau de la station locale, le centre de supervision ne faisant que collecter, filtrer et présenter les résultats. Cette variante permet de limiter encore la charge du centre de supervision et les échanges d'informations, mais il faut alors crypter les données directement exploitables transitant entre station locale et centre de supervision.
Par ailleurs, le centre de supervision peut être confondu avec une des stations locales. Cette variante permet d'être plus proche du terrain pour être plus réactif.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Procédé de localisation d'un téléphone mobile en communication par exploitation des signaux de services échangés entre ledit téléphone mobile et le réseau cellulaire de radiocommunication mobile, caractérisé en ce que l'on enregistre les informations de signalisation au niveau de l'interface entre la station de base du réseau, et le contrôleur de stations de bases, en ce que l'on procède à un filtrage desdites informations à partir de critères prédéterminés, et en ce que l'on transmette les informations filtrées et un descriptif à une station de supervision, et en ce que l'on procède au niveau de la station de supervision à la construction et à la présentation des informations recherchées.
2 - Procédé de localisation d'un téléphone mobile selon la revendication 1 caractérisé en ce que les informations de signalisation enregistrées au niveau de l'interface entre la station de base du réseau et le contrôleur de stations de base comporte une partie au moins des informations suivantes :
- la puissance d'émission du mobile commandée par la station de base ; - la puissance d'émission de la station de base ; l'avance temporelle des signaux du téléphone mobile ;
- le niveau de réception ou puissance reçue par le téléphone mobile du signal d'émission de la station de base ;
- la qualité du signal d'émission de la station de base reçue par le téléphone mobile ; le niveau de réception ou puissance reçue par la station de base du signal d'émission du téléphone mobile ; - la qualité du signal d'émission du téléphone mobile reçue par la station de base;
- le niveau de réception ou puissance reçue par le téléphone mobile des signaux émis par les autres stations de base.
3 - Procédé de localisation d'un téléphone mobile selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'on procède à une première étape de pré-localisation grossière, et à une deuxième étape de localisation précise.
4 - Procédé de localisation d'un téléphone mobile selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'étape de pré-localisation grossière consiste à déterminer pour une pluralité de points d'appui l'écart entre les paramètres choisis caractérisant le lien radio en chacun point d'appui, et le lien radio de la communication à identifier, et à extraire le ou les points présentant un écart minimal .
5 - Procédé de localisation d'un téléphone mobile selon la revendication 3 ou 4 caractérisé en ce que l'étape de pré-localisation et de localisation comporte une compensation cartographique de "l'atténuation locale".
6 - Procédé de localisation d'un téléphone mobile selon la revendication 3 caractérisé en ce que 1 ' étape de localisation précise comporte une extrapolation des données .
7 - Procédé de localisation d'un téléphone mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les informations de pré-localisation sont compensées par les données résultant de la détermination en une pluralité de points de la zone à surveiller des paramètres caractéristiques d'un lien radio et de l'extraction de ces paramètres pour les points de référence ou d'appui.
8 - Procédé de localisation d'un téléphone mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les informations de pré-localisation sont compensées par les données issues d'une modélisation par intelligence artificielle, consistant à enregistrer le trafic émis par les abonnées pour obtenir les points d'appui.
9 - Procédé de localisation d'un téléphone mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les informations de localisation sont compensées par les données résultant d'une modélisation par relevé terrain consistant à établir des communications en des lieux précis de la zone à modeliser et à enregistrer la signalisation associée à ces communications de calibrage.
10 - Procédé de localisation d'un téléphone mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une étape de reconstruction des tables de correspondance situées dans les BTS, les BSC et les OMC-R.
11 - Procédé de localisation d'un téléphone mobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce qu'il comporte une étape de reconstruction des communications à partir des seules informations transitant sur les interfaces A-bis.
12 - Procédé de localisation d'un téléphone mobile selon la revendication 11 caractérisé en ce qu'il comporte une étape de reconstruction des informations relatives à la correspondance entre les différents identifiants désignant une même fréquence hertzienne, au regroupement des fréquences hertziennes faisant partie d'une même BTS et de la correspondance entre les identifiants d'une station de base BTS et les fréquences affectées à celle-ci .
13 - Équipement de localisation pour la mise en œuvre du procédé conforme à l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il met en œuvre un moyen d'acquisition de signalisation tel qu'un analyseur de protocole ou une carte de capture de signalisation dont la fonction est d'acquérir la signalisation des communications acheminées par les stations de base aux quelles le contrôleur de stations de base est raccordé, de la mettre en forme et d'enregistrer cette signalisation pour la station locale et de transmettre à cet équipement de localisation les informations non décodées captées correspondant à toutes les communications .
14 - Équipement de localisation selon la revendication 13 caractérisé en ce que le moyen d'acquisition de signalisation est implanté physiquement au niveau des contrôleurs de stations de base.
15 - Équipement de localisation selon la revendication 13 ou 42 caractérisé en ce que l'équipement de pré-localisation, constitué soit par la station locale, soit par le module dédié, associé au moyen d'acquisition de signalisation, est relié par une liaison téléphonique RTC, NUMERIS, ou par liaison hertzienne (satellite, GSM (GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATIONS), ....) aux stations de supervision, soit de façon permanente, soit de façon intermittente .
16 - Équipement de localisation selon la revendication 15 caractérisé en ce que l'équipement permet de procéder à un pré-filtrage pour extraire les informations de signalisation permettant de déterminer grossièrement la localisation des téléphones mobiles à partir des signaux exposées précédemment et de transmettre ces données filtrées à l'équipement de localisation fine.
17 - Equipement de localisation selon la revendication 16 caractérisé en ce que la fonction de l'équipement de localisation fine, relié à un ou plusieurs équipements de pré-localisation est de permettre un filtrage des communications à localiser, de calculer les coordonnées géographiques précises en fonction d'une cartographie des perturbations de la propagation des ondes hertziennes, de construire un cliché de ces communications contenant notamment outre la localisation l'identifiant de l'abonné e /ou ou de l'équipement associé.
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