Brevet FR2820909A1 — publié le 20020816

PROCEDE POUR LA LOCALISATION D'UN EQUIPEMENT OU D'UNE PERSONNE MUNIE D'UN TELEPHONE CELLULAIRE La présente invention concerne un dispositif et un procédé de localisation d'un équipement mobile ou d'une personne. Elle concerne également le contrôle, la commande à distance, la gestion de la phonie, des données d'un émetteur récepteur du type téléphone mobile en éveil ou en attente, en particulier un téléphone fonctionnant en tri-bande 900/1800 /1900 Mhz et compatible GPRS. L'invention concerne également un dispositif adaptable sur tout autre réseau numérique tels les systèmes de télécommunications par satellite (InmarsartC) et adapter sur le canal en vue d'établir sa localisation, son suivi (tracking) à moins de 100 mètres. L'objectif principal de cette invention consiste à développer un système de localisation en temps réel des mobiles terrestres, avec des options d'écoute de communications, d'interception de messages et télécopie à terme la vidéo. ETAT DE L'ART ACTUEL : Dans le domaine des radiocommunications radiomobiles, la détermination de la localisation précise à moins de 100 mètres est ardue du fait de la présence de multiples aléas placés sur les chemins de propagation multitrajet, fading.... Actuellement, la plupart des procédés existantes pour réaliser cette fonction de localisation sont basées sur le zonage (Zone couverte par une cellule) l'information géographique régionale sur la cellule est en fait un signal automatique émis par le BTS (station de base). (cette fonction existe dans le GSM) Une autre consiste en une méthode de localisation par goniométrie Doppler et Couplage par transmission GSM. Ou encore fondés sur l'utilisation de systèmes satellitaires du type GPS, GLONASS ou EUTELTRACS pour le GPS (satellites) cette technologie est intégrée dans certains téléphones. Notamment au Etat-Unis avec la demande du gouvernement à l'horizon 20002 de permettre la localisation de portable sur tout appel au 911 service d'urgence Américain. Il existe au sein de GSM une fonction de localisation C'est le HLR base de données de localisation. le Brevet Français 9407791 dans ses grandes lignes utilise la triangulation qui repose sur l'utilisation d'un réseau numérique ici le GSM 900 Mhz pour localiser voir de suivre un véhicule pré-équipé d'un module E/R calé sur la fréquence du réseau utilisé ce module n'est donc pas un téléphone cellulaire. Cependant utilisant des infrastructures existantes de téléphonie mobile il doit naturellement répondre aux signaux de localisation au travers du réseau GSM et comporter des blocs identiques au téléphone cellulaire. Le procédé décrit dans le brevet français FR9407791 nécessite un nombre moins important de paramètres en autre le besoin du : CI- ? de cellule dans la zone de localisation (1er Relais) NO du canal de la voie balise Identification des cellules voisines Niveau de puissance sur le canal BCCH Analyse des critères d'affaiblissement du signal Fréquence (BCCH) et code couleur de la cellule (BSIC) Type de site, Hauteur, types de BTS Micro, Macro, rayonnantes, ciblés... Coordonnées lambert Timing advance pour appréciation des distances relation de voisinage pour chaque site. Les fréquences en Mhz utilisées sont pour la liaison montante : 890-915 et pour les liaisons descendantes : 935-960. Le véhicule et aujourd'hui la personne se trouvera toujours dans une cellule principale BTS et est couverte par au moins 2 autres cellules adjacentes. Cela qui permet d'éviter les coupures de communications en cas de déplacement. Dans le cas de localisation de personne utilisant leur GSM l'analyse porte sur les 6 cellules. Voir même plus si elles sont disponibles sur le réseau utilisé. On détecte où se trouve l'abonné en recoupant les informations qui proviennent de 3 principales cellules (1 BTS et 2 adjacentes) les 3 autres étant par défaut rejeter par l'analyseur de localisation car incertain ou imprécis pour le calcul de données. L'abonné recherché en suivant la même idée de calcul, modèle mathématique se trouve au point d'intersection. L'invention propose une solution complète pour l'acquisition, l'interception de données d'écoute, d'émission de messages alphanumériques, de télécopies et de localisation et/ou suivi à faible coût et de hautes performances surveillance dite Préventive pour des services d'investigations, des gouvernements etc..... L'exploitant du dispositif peut voir clairement quels sont les messages, fax envoyés, quand, et vers quel destinataire. Le but est de réaliser un système plus performant l'importance de la modélisation des signaux, l'apprentissage des distances permet une communication précise et concise concentré sur la définition et la précision des algorithmes d'allocations de ressources spécifiques aux communications mobiles dans le contexte des réseaux cellulaires de toute génération. Une autre différentiation est faite grâce au protocole commun du GSM et des réseaux numériques en général, qui rend possible la fabrication de menus spécifiques dans le téléphone cellulaire même. La carte à puce (SIM) est elle aussi reconfigurer pour ce système. Le réseau fixe du GSM utilise la signalisation sémaphore numéro 7 qui permet de localiser les abonnés et d'acheminer les appels, y compris au niveau international. L'interface radio est numérique avec un multiplexage temporel (1 trame correspond à 8 intervalles de temps) et fréquentiel (1 fréquence tous les 200 Khz) défini sur 2 bandes 900 Mhz pour le GSM, 1800 Mhz pour le DCS et à duplexage fréquentiel écart duplex 45 Mhz en 900 Mhz (GSM), 75 Mhz en 1800 Mhz (DCS). La voix est transmise à 13 K bits/s et Les données messages et Fax jusqu'à 12 K bits/s. Ce programme de localisation permet de décoder les signaux digitaux et/ou analogiques (par des techniques numériques les plus valorisantes à ce jour) de n'importe quel Emetteur/Récepteur téléphonique. Tout ceci est possible grâce à l'adjonction ou à la modification (selon les équipements car les tensions sont différentes) d'une interface et par la réutilisation de l'existant technologiques inclus dans les téléphones cellulaires. La liaison infrarouge disponible sur certains modèles de GSM permet les configurer sans grand problème et assez rapidement. De contrôler la version du software (logiciel interne), norme propre au GSM exemple NSE-8/9. Ainsi les échanges nécessaires à la localisation ou au suivi (tracking) peuvent se faire sans établissement réel d'un circuit de communication . Les signaux de la localisation ou de suivi sont ainsi extraits directement pour y être traités et calculer calcul des probabilités et par combinaison au travers du réseau de téléphonie mobile quelle que soit sa fréquence et par notre système d'analyse de localisation et suivi au travers en autre du burst d'accès aléatoire, des canaux RACH, de signalisation.... Une émission de localisation (suivi) est en fait une émission codée le téléphone est capable de reconnaître et d'identifier ce ou ces code (s) ce sont ces codes qui vont Piloter les fonctions de la localisation, écoute, les messages et fax.... Ce code nommé P. I. R Programme d'Identification et de Reconnaissance. Les téléphones cellulaires comparent les codes P. I. R envoyer au Mobile avec ceux en mémoires dans la carte à puce SIM Ces codes P. I. R doivent naturellement être identiques sinon aucune des fonctions ne peut être activées. Un code P. I. R peut être attribué pour chaque fonction. La Figure 1 montre l'exemple d'un utilisateur qui se déplace d'un point A à un point B, et d'une BTS qui, sur ce parcours (cette zone) trouve 4 relais voisins qui émettent sur 4 fréquences différentes. Le téléphone cellulaire décodera toujours le signal codé d'émission de la demande d'une fonction exemple la localisation à travers les BTS du réseau GSM. Dès que le téléphone cellulaire réceptionne l'identité de la lAre BTS par son Numéro la reconnaissance géographique s'affiche sur l'écran. Le codage d'informations des cellules adjacentes véhiculées à travers le réseau numérique se fait simultanément. Lorsque cette opération s'effectue il y a un décalage de quelques secondes ceci est dû au temps nécessaires au logiciel de calcul (traitement) qui après synchronisation compare tous les signaux qu'il reçoit des 6 cellules pour ne garder que les 2 meilleurs (comparaison de la qualité du signal) + la station de base Le 1er Relais. Dans les zones géographique où les signaux sont affaiblies le système extrapole les calculs par des motivations mathématiques mémorisées lors des phases d'apprentissage. Comment fonctionne la fonction analyse de localisation ? Le téléphone cellulaire de l'utilisateur à localiser mesure la puissance du signal reçu à la puissance des émetteurs proposés dans sa zone de couverture. Le téléphone cellulaire se règle immédiatement et automatiquement sur le meilleur niveau de puissance. La liste de tous les émetteurs fait l'objet d'une base de données stockées dans l'unité centrale de l'opérateur de notre dispositif. Cette liste des émetteurs est fournie en coopération avec des opérateurs en téléphonies mobiles. Au centre de contrôle Le logiciel permettant de gérer les informations provenant des téléphones cellulaires Audio/Message/Fax/ Localisation, Suivi fonctionne sur un PC de type Pentium il a besoin pour fonctionner d'une ou plusieurs liaisons séries RS 232 selon le nombre de téléphones cellulaires à gérer et la fréquence des interrogations. Le logiciel en version standard permet d'obtenir les fonctions suivantes : - Interrogation de la position de l'utilisateur d'un téléphone cellulaire localisation précise de 50 à 100 mètres et rapatriement des données mémorisées. - Visualisation de l'emplacement de l'utilisateur sur fond cartographique avec fonction centrage de la carte, zoom... Gestion de l'interrogation automatique de certains téléphones cellulaires. - Impression, Enregistrement Audio, visualiser les messages et fax affichage en clair. - Enregistrement possible de tous les événements dans des fichiers Traces . Une autre fonction reste en cours la fonction : Vidéo. Ces fonctions nouvelles sont en outre : - Compteur de blocs (burst paramétrable de 0 à 45) Ces informations sont diffusées sur le canal CBCH - NO du slot du canal BCCH - Etat de la cellule de service - Info sur le cryptage de la communication ou de la signalisation - Info sur le canal TCH du type de codage AUDIO - Canal de signalisation multiplexage de 8 SDCCH et de leurs SACCH sur un slot dédié à la signalisation - A. TA en permanence cette valeur (Actual Timing Advance) fait correspondre la distance entre la BTS et le Mobile. Cette valeur extraite et converti en distance est ajuster de façon précise en permanence la distance est directement obtenue par l'intermédiaire d'un calcul réaliser par le programme qui multiplie ce nombre par 554 m. - La puissance d'émission du mobile en corrélation avec celle envoyer par la BTS/BSC. - Le Nombre de Hand over (Changement d'une cellule à une autre) établis pendant les communications et ceux manqués. - Numéro de slot attribués pendant la communication - NO de la séquence d'apprentissage du BURST - Mesure de niveau en réception lors d'une communication sur tous les bursts disponibles des canaux TCH, SDCCH, SACCH et FACCH soit 100 bursts en pleine vitesse et 52 bursts en demi Canal physique pour la communication Mesure de niveau d'1/2 seconde en réception lors d'une communication mesurant ainsi au minimum de 12 Bursts du canal SACCH et TCH Cellules voisines 6 mémorisées avec information de celles autorisées et celles interdites. Cette nouvelle solution existe sans utiliser de technologie par G. P. S (satellite). Le G. P. S est d'ailleurs utilisé avec un mot impropre la localisation au lieu du positionnement. Ce programme est également capable de décoder (en option) des signaux Audio pour permettre l'enregistrement de communication par programmation du mode traitement digital du son. et l'interception de messages et de télécopies. Toutes ces fonctions peuvent désormais être réalisées avec notre système, sans coûts spéciaux et technologies HARDWARE et SOFTWARE avec des configurations modulables. Les Entrées/Sorties analogiques, numériques et de timing, Les E/S distribuées et déportées, Le conditionnement de signaux, L'acquisition de signaux, paramètres Audio, localisation et/ou suivi, Logiciel de traitement. y compris une technique de résolution des conflits possibles en communication. Notion de trafic en Erlang : L'unité de trafic appelée Erlang correspond à 1 heure de communication. Par exemple : Si un abonné a passé 3 communications d'une durée de 2 minutes pendant l'heure de grande affluence, l'intensité du trafic généré par l'abonné sur une BTS est de : 2 : 60 x 3 = 0,1 Erlang le réseau dans le cadre de nos utilisations sont donc négligeables et n'ont aucune incidence sur le trafic normale de communications même en cas de centaines d'utilisateurs de notre dispositif. Le dispositif est compatible GPRS et EDGE/CDMA et Standard W-CDMA retenu en Europe pour l'UMTS à l'horizon 2002 à 2005 pour Paris, Lyon et Marseille. L'EDGE offre pour les opérateurs sans licence des débits de 384 Kbits/s les investissements réseau sont donc sans comparaison avec l'UMTS les débits offerts sont autant que l'UMTS pour une utilisation mobile sinon le débit est à 2 Mbits/s. Car EDGE fonctionne sur une infrastructure GSM classique qui nécessite néanmoins quelques mises à niveau logiciel et équipements de modulation radio. Sur un réseau GSM, quand on veut calculer la couverture d'une cellule, on mesure celle-ci en fonction de la distance maximale (30 Km) et du type de terrain. Alors que l'ingénierie d'un réseau CDMA ou X-CDMA est plus complexe, car la cellule respire ou vie En effet, plus il y a de trafic, plus la couverture de la cellule va diminuer. Techniquement quelles sont les modifications effectuées : Il faut ajouter un micro-contrôleur, ce microcontrôleur extrait et/ou insère des données dans la partie radio du système existant des téléphones cellulaires. Nous pratiquons selon les modèles de téléphones cellulaires une mise à jour logicielle dans le coeur des équipements mobiles en respectant scrupuleusement l'ensemble des normes GSM afin de rendre compatible aisément notre dispositif. Les constructeurs de terminaux veulent atteindre des débits de plus en plus importants alors pour le dispositif conforme à l'invention, deux paramètres nous paraissaient faibles. Le premier est le time code, qui correspond aux intervalles de temps pris par les téléphones mobiles pour envoyer les paquets de données principalement sous connexion, (hors connexion réelle le dispositif s'adapte automatiquement aux tâches demander) la seconde limitation concerne les codes de correction d'erreurs aussi diverses que la propagation, les aléas d'interrogation sur 2 BTS...... Cette présentation d'une façon synoptique simplifiée des différents traitements que subits une trame de 20 ms de parole permettra de comprendre où s'établie l'interception pas moins de 76 paramètres permettent de représenter les 20 ms de parole codé sur 260 Bits. La méthode utilisée consiste à forcer des handovers vers 3 BTS différentes, en dégradant volontairement les paramètres de niveau (RxLev) et de qualité (Rx Quai) sur le lien établi avec la BTS courante. Deux solutions techniques ont été étudiées pour modifier artificiellement les paramètres RXlev et RxQual en temps réel. La première consiste à la connaissance précise des circuits et du logiciel interne des mobiles La seconde plus facile connaissant lors des phases d'apprentissages des signaux les caractéristiques du canal radiofréquence dédié au mobile en communication consiste à modifier le paramètre Rx Qual en injectant un signal perturbateur entre l'antenne du mobile et son module d' émission-réception. Ce signal perturbateur, non rayonné et de très faible puissance est superposé à l'entrée des signaux du mobile recherché. Ce signal perturbateur provoque la dégradation de la communication en terme de qualité de signal et " leurre" le réseau qui peut, dans ce cas, décider d'une commutation sur une autre BTS. Ce signal perturbateur généré par une source adaptée spécifiquement en fréquence capable de perturber de façon intelligente les canaux radio-fréquence susceptibles d'être alloués au mobile recherché provoquant ainsi des"Handovers"successifs entre BTS et donc d'obtenir au moins 3 valeurs différentes de T. A. Information concernant Le T. A Timing Advance : Le temps de propagation Aller-Retour entre la Station Fixe ou BTS et le mobile est appelé Timing Advance (T. A). Ce paramètre est utilisé dans le processus de synchronisation des trames. REVENDICATIONS 1-Procédé pour la localisation d'un équipement ou d'une personne munie d'un téléphone cellulaire caractérisé en ce qu'il comporte une étape consistant à forcer des échanges de données de connexion [handovers] vers trois balises BTS différentes, en dégradant volontairement les paramètres de niveau (RxLev) et de qualité (Rx Qual) sur le lien établi avec la BTS courante. 2-Procédé pour la localisation d'un équipement ou d'une personne munie d'un téléphone cellulaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que la modification des paramètres RXlev et RxQual en temps réel consiste à modifier le paramètre Rx Qual en injectant un signal perturbateur entre l'antenne du mobile et son module d émission-réception.