Feldstärkebasierte Präzisionslokalisierung von Mobilfunkendgeräten mithilfe von Jamming-Techniken (PDF)

In dieser Arbeit wird ein neuartiges Verfahren zur hochpräzisen Ortung von Mobilfunkendgeräten für die Lokalisierung von Verschütteten nach Erdbebenszenarien vorgestellt. Im Rahmen dieser Dissertation werden die nötigen Grundlagen der beiden Mobilfunkstandards GSM und UMTS aufgezeigt, um die besonderen Anforderungen an eine Mobilfunkortung in diesen Systemen verständlich zu machen. Im Besonderen wird der Spreizgewinn eines CDMA-Systems im Hinblick auf eine erfolgreiche Störung mathematisch motiviert. Zudem wird der aktuelle Stand der Mobilfunkortung in diesem Zusammenhang beleuchtet und es wird aufgezeigt, dass derzeit kein Ansatz in der Lage ist, unter diesen Bedingungen eine gewünschte Ortungsgenauigkeit besser 50m zu erreichen.
Das im Rahmen des BMBF-geförderten Forschungsprojekts I-LOV aufgestellte Systemkonzept wird aufgezeigt. Dabei wird klar, dass die Mobiltelefone für eine zuverlässige Lokalisierung gezwungen werden müssen, sich bei der eigens für diese Anwendung entwickelten I-LOV-BTS anzumelden. Dies wird mithilfe von Jamming6-Techniken und der Nutzung des bekannten „Nur Notrufe“-Protokolls erreicht. Es werden drei Standard-Szenarien vorgestellt, die die am wahrscheinlichsten vorzufindenden Gegebenheiten zusammenfassen.
Jeweils für GSM und UMTS wird eine Störsenderarchitektur entworfen. Dabei werden die Anforderungen, das Systemkonzept, die Hardwareimplementierung und die messtechnische Charakterisierung dargelegt. Zusätzlich wird eine allgemeine Formel zur Vorhersage der benötigten Leistung eines UMTS-Jamming-Signals bezogen auf ein Standardszenario hergeleitet. Schließlich wird die Leistungsmessung von Mobilfunksignalen in Bezug auf eine Ortung per Feldstärke untersucht. Dazu wird die Leistungsmessung allgemein kurz beleuchtet. Im Anschluss wird die Entwicklung eines neuartigen GSM-Feldstärkesensormoduls beschrieben. Der komplette Systemansatz, von den Anforderungen über den Aufbau und der Hardware-Implementierung bis zur Messung und Erprobung wird aufgezeigt. Das neuartige Ortungsverfahren für Mobilfunkendgeräte wurde in mehreren, auch internationalen Feldtests erprobt und liefert eine Ortsgenauigkeit im Bereich weniger Zentimeter.