Определение местоположения абонента в сетях GSM

В настоящее время сотовые операторы -в том числе в России - стали достаточно активно предлагать новые услуги на основе определения местоположения абонента. Существуют несколько видов систем мобильного позиционирования.
Теоретически системы определения местоположения (ОМП) позволяют определить координаты абонента с точностью до нескольких десятков метров и являются реальной альтернативой системам глобального (спутникового) позиционирования, но лишь на территории обслуживания сотовых сетей.
Задача позиционирования мобильных телефонов предполагает автоматическое определение их местоположения в пределах сотовых сетей. При этом под термином "местоположение" следует понимать не нахождение географических координат - широты и долготы (что в принципе также возможно/, а однозначную идентификацию положения владельца мобильного телефона на местности (электронной карте).
Эксперты отмечают возможность двойного назначения подобных технологий, ведь теоретически можно отследить любого владельца мобильного телефона. Тем более, что способы определения положения, основанные на использовании только оборудования сети, могут выдавать данные непрерывно и без всякого уведомления абонента или его разрешения.
Повсеместное введение системы мобильного позиционирование (СМП) вызывает тревогу у людей, заботящихся о конфиденциальности личной жизни, ведь положение мобильного телефона можно определить не только в момент разговора, но и в режиме ожидание вызова. В такой ситуации наиболее корректным решением является сообщение координат мобильной станции, только после предварительного согласия ее владельца.
С другой стороны, использование систем мобильного позиционирования может серьезно облегчить работу экстренных служб. В связи с этим, в частности, Федеральной комиссией по электросвязи США (FCC) был разработан набор требований, известный как документ 94-102, принятый 12 июня 1996 г. Он предусматривает, чтобы к 1 октября 2001г местоположение любого беспроводного абонента, позвонившего по телефону службы спасения 911, могло быть не менее чем в 67 проц случаев определено с погрешностью не более 125 м. Столь жесткие требования обусловлены тем, что в 1996 году звонки с сотовых телефонов в США составляли уже приблизительно 25 проц от всех обращений в службу 911, а общее число аварийных вызовов с мобильных телефонов доходит до 100 тысяч звонков в сутки. При этоммногие из звонящих не знают своего точного места, и их отыскание занимает большое количество времени, доходящее до часов. А в некоторых случаях точное знание местонахождения звонящих является буквально вопросом жизни и смерти. Тремя годами позже - 15сентября 1999. - FCC утвердила пересмотренные правила обеспечения потребителям "расширенных" услуг 911, использующих беспроводные телефоны. Теперь специализированные мобильные телефоны, имеющие функцию определения положения, должны обеспечивать более высокую точность, чем обычные: среднюю квадратическую погрешность (СКП) 50метров (для 67 % вызовов) и максимальную - не более 150 м (для 95 проц вызовов). Операторы должны обеспечить выполнение этих требований к 31 декабря 2004 г.
По разным оценкам, рынок служб, основанных на применении технологий мобильного позиционирования, в 2004году может достичь объема 20-40 млрд долларов.
Существуют несколько видов систем мобильного позиционирования.
Согласно принятой классификации, СМП делятся на два основных типа: системы, для функционирования которых необходима доработка или замена абонентских устройств, и, работающие с обычными мобильными терминалами (системы позиционирования внутри сотовой сети).
В первом случае потребуется либо новая SIM-карта, либо новый аппарат (а возможно, и то и другое). Во втором случае никаких изменений в аппаратной части мобильного терминала не требуется, а необходимо только изменение программной части, таким образом, все затраты на развертывание системы несет оператор сети.
Для определения положения мобильного аппарата могут быть использованы три основных параметра радиосигналов: направление прихода, амплитуда и время задержки.
Амплитуда принимаемых сигналов способна характеризовать расстояние между передатчиком и приемником. Однако на практике уровень сигналов мобильного телефона в месте приема зависит от столь большого числа причин, что в большинстве случаев не может обеспечить требуемую точность определения места и используется в качестве вспомогательного параметра.
Направление прихода сигналов может автоматически определяться, по различию фаз сигналов на элементах антенны. Можно также использовать несколько базовых станций, расположенных по соседству. Использования секторных антенн, вместо всенаправленных, позволяет определить направление прихода сигналов с большей точностью. Пересечение пеленгов из двух (или большего числа) мест обеспечивает (с определенной точностью) определение положения мобильного телефона.
При реализации угломерного метода (метод направления прихода сигналов -Angle of Arrival - АОА) измеряемыми параметрами являются углы направления прихода излучения радиотелефона a1 и a2 [град] относительно линии (базы/, соединяющей две сотовые станции сети.
При реализации дальномерного метода измеряемыми параметрами являются временные задержки Dt1 [c] и Dt2 [c] распространения сигнала радиотелефона абонента не менее, чем до двух сотовых станций сети относительно их временных шкал, которые должны быть синхронизированы между собой, а рассчитываемыми параметрами -дальности от сотовых станций до места расположения абонента.
При реализации разностно-дальномерного метода измеряемыми параметрами являются временные задержки Dt1 [c], Dt2 [c] и Dt3 [c] распространения сигнала радиотелефона абонента не менее чем до трех базовых станций сети относительно их синхронизированных временных шкал, а рассчитываемыми параметрами - дальности от сотовых станций до места расположения абонента.
Как один из вариантов повышения точности местоопределения применяется метод фиксации времени прибытия сигналов с использованием спутниковой синхронизации UL-ТОА (Uplink ТОА). Для обеспечения требуемой точности возможна синхронизация внутренних часов сети с помощью спутниковой системы GPS (Global Positioning System). Все данные через сеть оператора связи поступают в вычислительный центр, где устанавливается местонахождение абонента с точностью не хуже 125 м.
Еще один вариант "гибридной" системы определения местоположения сотового абонента - радионавигационный метод локализация с помощью дополненной системы GPS (A-GPS - Assistant GPS). При этом методе процесс, когда обычный приемник GPS вычисляет местоположение, начинается с попытки найти первый навигационный спутник, идентификации, определения его положения. Затем находится следующий и так далее. С каждого спутника загружаются информация, измеренные временные задержки и лишь затем вычисляется местоположение данного приемника. Процесс местоопределения может занимать от 40 с до нескольких минут, а также требует прямой видимости по крайней мере трех спутников. Метод А-GPS объединяет классическую информацию GPS с географическим программным обеспечением и мобильной информацией сети. Сеть указывает мобильному телефону, какие именно спутники следует искать. При этом количество шагов, необходимое для вычисления его местоположения, уменьшается примерно с 10 до 3. Для уменьшения потребления энергии от батареи мобильного телефона данные спутниковых измерений передаются в сеть и на нее возлагается выполнение необходимых расчетов. Пользователям придется приобретать новые мобильные телефоны со встроенными GPS-приемниками и антенной. Точность позиционирования при использовании данного метода значительно выше, что обусловлено жесткой синхронизацией временных шкал всех элементов системы.
Уникальным методом позиционирования мобильных телефонов, не имеющим аналогов в классической радиопеленгации, является метод сопоставления образов (сигнатур) мест расположения абонентов (LRM - Location Pattern Matching) мобильного абонента, разработанный компанией US Wireless и использующий технологию анализа параметров радиосигнала и характеристик его многолучевого распространения. Измеряя фазовые, временные и амплитудные параметры фрагментов радиосигнала мобильного телефона, отраженного от препятствий (зданий, возвышенностей и тп/, базовая станция оценивает структуру подобного "радиоотпечатка" (fingerprint) сигнала и вычисляет его "сигнатуру" (signature)) Полученная информация сравнивается системой со своей базой образцов таких "сигнатур", соответствующих разным вариантам расположения мобильного абонента на местности.
В настоящее время известны более двух десятков систем, использующих "интеллектуальные" антенны, угол прихода сигналов, разность времени их прихода, амплитуду сигналов, систему GPS и комбинации этих методов. Достигаемые точности определения координат сотового телефона варьируют в пределах от единиц до сотен метров.
Система позиционирования Фирма -производитель
Точность, м Быстродействие, с
Особенности
Mobile Positioning System Ericsson
100 5 -
Cellocate System Cell-Loc Inc.
150 (AMPS) 15-90 (CDMA/ 1 -
CURSOR Cambridge Positioning Systems
50 5 Дополнительный чип с ПО в мобильном телефоне
TeleSentinel KSI Inc. & true Position
125 < 10 -
Sigma - 5000 SigmaOne Communication Corp.
90-150 < 2 Дополнительные фазированные решетки на базовых станциях
Geometrix Allen Telecom <150 <1
Дополнительные фазированные решетки на базовых станциях
RadioCamera U.S. Wireless Corp.
50 2 -
Snaptrack Snaptrack Inc. 3-20
Дополнительный чип с ПО в мобильном телефоне
Finder CellPoint 75 5 Нет данных.