J911: Schnelle Erkennung und Lokalisierung von Störsendern durch Crowdsourcing von Mobiltelefonen

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GPS-Störsender, die leicht zu beschaffen, aber teuer sind, stellen eine erhebliche Bedrohung für die Sicherheit, die nationale Infrastruktur und die Einnahmequellen der Industrie dar. Um dem entgegenzuwirken, könnten in Mobiltelefone GPS-Störungsdetektoren (J/N-Verhältnis) integriert werden. Diese Detektoren bieten eine rechtzeitige Erkennung von Störungen und eine wirksame Lokalisierung dank eines flexiblen und aktualisierbaren Systems, bei dem die Massenverarbeitungsfunktion in der Software untergebracht ist.

Erschwinglicher GPS-Störsender: Nur $33, wo zu finden?

Anfang 2010 kam es am Newark Liberty International Airport zu Ausfällen des bodengestützten GPS-Ergänzungssystems (GBAS), die eine erhebliche Schwachstelle in der zivilen GPS-Infrastruktur offenbarten. Diese sporadischen Unterbrechungen, die durch Hochfrequenzstörungen unbekannter Herkunft verursacht wurden, erstreckten sich über mehrere Wochen und beeinträchtigten die Präzisionsanflugdienste des Flughafens. Die Ermittler identifizierten schnell nahegelegene Autobahnfahrzeuge als wahrscheinliche Verursacher und begannen mit der Festnahme der Straftäter.

Durch eine Kombination aus modernster Störungserkennungstechnologie und Überwachungskameras gelang es den Behörden, den Schuldigen zu ermitteln und festzunehmen: einen Lkw-Fahrer, der im Besitz eines billigen GPS-Störsenders im Wert von 33 Dollar war. Dieses Gerät, das im Internet leicht erhältlich ist, strahlt eine Leistung von 200 mW ab und wird direkt an den Zigarettenanzünder eines Fahrzeugs angeschlossen. Die Entdeckung dieses erschwinglichen und leicht zugänglichen Störgeräts unterstreicht die potenziellen Gefahren, die von dieser Technologie ausgehen.

Als Reaktion auf diesen Vorfall hat die Federal Aviation Administration (FAA) Maßnahmen ergriffen, um das GBAS-System des Flughafens an einen sichereren, von der Autobahn entfernten Standort zu verlagern. Dieser proaktive Schritt zielt darauf ab, zukünftige Vorfälle zu verhindern und die Zuverlässigkeit und Sicherheit der GPS-Infrastruktur des Flughafens zu gewährleisten.

Der weit verbreitete Wunsch nach Schutz der Privatsphäre, gepaart mit einem allgemeinen Mangel an Bewusstsein für die potenziellen verheerenden Auswirkungen von GPS-Störungen, wird wahrscheinlich dazu führen, dass GPS-Störungen und Spoofing sowohl für legale als auch für illegale Aktivitäten immer häufiger eingesetzt werden. Alarmierenderweise bleiben die meisten störsender unentdeckt und verursachen unerklärliche GPS-Ausfälle. Nur dank der fortschrittlichen Technologie des GBAS der FAA konnte die Ursache eines solchen Ausfalls als Störung identifiziert werden. Das Verfahren zur Erkennung, Lokalisierung und Durchsetzung von Störsendern ist jedoch ressourcen- und zeitaufwändig, da es mehrere Wochen dauert, bis ein einziger Störenfried festgenommen wird. Dies unterstreicht den dringenden Bedarf an effizienteren und effektiveren Lösungen zur Bekämpfung von GPS-Störungen. Es ist ernüchternd, wenn man bedenkt, dass ein 33-Dollar-Störsender den kritischen Flugbetrieb in einer Entfernung von bis zu 10 Meilen stören kann, was die Schwere dieses Problems und die Bedeutung schnellen Handelns unterstreicht.

Könnten Mobiltelefone GPS-Störungsdetektoren zur rechtzeitigen Erkennung von Interferenzen enthalten? Untersuchung der Durchführbarkeit, Ortung von Störsendern und Implementierungskosten eines solchen Systems.

Könnten Mobiltelefone GPS-Störungsdetektoren zur rechtzeitigen Erkennung von Interferenzen enthalten? Untersuchung der Machbarkeit, Ortung von Störsendern und Implementierung eines landesweiten Systems. In diesem Artikel untersuchen wir die Machbarkeit der Integration von GPS-Störungsdetektoren in Mobiltelefone, wie von Phil Ward auf der ION-GNSS 2010 vorgeschlagen. Kann ein solches System den Standort von Störsendern bestimmen? Was wäre nötig, um dies zu verwirklichen? Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass in städtischen und vorstädtischen Umgebungen innerhalb von 10 Sekunden vor Störsendern gewarnt werden kann, wobei der Standort von Störsendern bis auf 40 Meter genau bestimmt werden kann. Stellen Sie sich vor, welche Auswirkungen die rasche Reaktion der Strafverfolgungsbehörden auf Störungsvorfälle hätte. Potenzielle Störenfriede wären sich der Risiken und Konsequenzen bewusst, was zu einer deutlichen Verringerung solcher Aktivitäten führen würde. Außerdem sind die Kosten für die Einrichtung dieses landesweiten Systems erstaunlich überschaubar. Es erfordert keine Milliarden von Dollar oder jahrzehntelange Bemühungen. Stattdessen ist ein nationales Engagement erforderlich, ähnlich wie bei der Phase II der drahtlosen E911-Initiative. Wir stellen uns vor, dass die erste Betriebsfähigkeit (IOC) bis 2015 erreicht wird und dass bis 2017 eine umfassende landesweite Abdeckung erreicht wird.

Wie funktioniert die J911-Systemarchitektur?

Bei der Entwicklung der J911-Systemarchitektur lag der Schwerpunkt auf der Optimierung der AGC-Schleife (Automatic Gain Control), einer kritischen Komponente in praktisch allen GPS-Empfängern. Dieser AGC-Prozess sorgt dafür, dass der Analog-Digital-Wandler (A/D) angemessene Signalpegel erhält. Das Hauptziel ist die Feinabstimmung der Verstärkung (GA), so dass ein bestimmter Prozentsatz der 2-Bit-A/D-Wandler-Ausgänge großen Werten von 3 und -3 entspricht. In einer Umgebung mit Gaußschem Rauschen wird der VT-Prozentsatz typischerweise auf 35 % eingestellt, um die A/D-Wandlungsverluste bei etwa 0,5 dB zu halten. Darüber hinaus ermöglicht die Architektur Varianten wie den 1,5-Bit-A/D-Wandler, bei dem die Nullschwelle nicht implementiert ist und drei mögliche Werte (-1, 0 und 1) ausgegeben werden. Bei diesem Wandler beträgt der Umwandlungsverlust etwa 0,9 dB, wenn der VT-Prozentsatz auf 40 % eingestellt ist, was die Korrelatorverarbeitung erheblich vereinfacht.

Für die Erkennung von Interferenzen dient die Steuerspannung des AGC-Verstärkers als Schlüsselgröße zur Messung der Jammer-Rausch-Leistung (J/N). In der Regel liegt die nominale Eingangsleistung eines L1 C/A-Empfängers unter ungestörten Bedingungen bei etwa -110 dBm. Dieser Leistungspegel ist in erster Linie auf natürliches thermisches Rauschen und Verstärkerrauschen zurückzuführen. Das C/A-Codesignal bei -130 dBm ist um den Faktor 100 schwächer und hat keinen Einfluss auf den AGC-Betrieb. Sobald die Störung jedoch über die thermische Rauschgrenze ansteigt, reagiert die AGC schnell mit einer Verringerung der Verstärkung GA. Diese Anpassung stellt sicher, dass der korrekte Prozentsatz an großen Ausgängen beibehalten wird. Die Reaktionszeiten auf Änderungen des Eingangsleistungspegels sind beeindruckend schnell, oft weniger als 1 Millisekunde, so dass die Eigenschaften von Impulsstörungen genau bestimmt werden können. Bei Kenntnis der Steuereigenschaften des AGC-Verstärkers, insbesondere der Parameter (??, 脦卤), kann der Empfänger die Änderung von J/N bei V1 genau berechnen.

Genaue J/N-Messungen sind möglich, erfordern aber wahrscheinlich das Hinzufügen eines schaltbaren Eingangsabschwächers in der Abwärtswandlungskette, insbesondere wenn kleine Störsender in der Nähe sind, die eine Sättigung des Frontends verursachen können. Um den Ruhewert zu erhalten, können Empfänger die Antenne beim Einschalten als Teil eines eingebauten Tests vor dem Betrieb kurzschließen oder einen historischen Wert während des normalen Betriebs beibehalten und verfeinern, wobei jedoch Vorsicht geboten ist, da Spoofers und Störsender versuchen könnten, die historischen Werte zu manipulieren. Wenn der Empfänger den Ruhewert V1 kennt, der mit einem Eingang verbunden ist, der nur aus thermischem Rauschen besteht, kann er alternativ J/N auf einer absoluten Skala erhalten. Bei einer Bandbreite von 1,7 MHz liegt die Untergrenze des thermischen Rauschens beispielsweise bei -110 dBm, so dass ein J/N von 60 dB einer Störsignalstärke von -50 dBm entspricht. Die Messung von J/N oberhalb dieses Wertes kann jedoch für ein kostengünstiges GPS-Frontend problematisch werden. In einer weiteren Verfeinerung können die Empfänger zusätzliche Komparatoren enthalten, die auf -1,2 VB und +1,2 VB eingestellt sind, um die Leistung zu verbessern.

Optimieren Sie die Störsicherheit Ihres Empfängers mit unserer Technologie zur Erkennung von CE-Störungen. Durch die Erkennung von Störsignalen mit konstanter Hüllkurve (CE), wie z. B. CW, Swept CW oder Gold-Code-Typen, kann Ihr Empfänger seinen VT-Prozentsatz anpassen, um mehrere dB zusätzlichen Schutz zu erreichen. Dieser innovative Ansatz, der 1986 von unserem Team bei Texas Instruments entwickelt wurde, ermöglichte es dem TI-420 L1 C/A-Empfänger, P-Code-Empfänger bei der Abwehr von CE-Störsendern zu übertreffen. Darüber hinaus kann Ihr L1 C/A-Empfänger mit minimalen Hardware-Upgrades nicht nur J/N messen, sondern auch die ungefähre Art der Störung bestimmen, auf die er trifft, einschließlich Impuls, konstante Hüllkurve und Gauß. Stellen Sie sich die Möglichkeiten vor: Mit diesen Daten können Sie Störsender präzise erkennen und lokalisieren. Betrachten wir das Szenario in Abbildung 2, in dem ein 200-mW-Störsender am Ursprung [0,0] positioniert ist und J/N (dB) auf der Grundlage seiner relativen Position abgebildet wird. Diese visuelle Darstellung bietet wertvolle Einblicke zur Verbesserung der Leistung und Widerstandsfähigkeit Ihres Empfängers gegen Störungsbedrohungen. Entdecken Sie die Leistungsfähigkeit der CE-Störungserkennung und heben Sie die Fähigkeiten Ihres Empfängers auf die nächste Stufe.

Das J911-System nutzt, ähnlich wie das E911-System, die bestehende Infrastruktur und Standards zur Ortung von Störsendern. Wenn ein drahtloser E911-Anruf getätigt wird, wird er durch eine mobile Vermittlungsstelle (MSC) geleitet, wo er als 911-Anruf identifiziert wird. Durch die Zusammenfassung der Daten von Telefonen, die J/N-Verhältnisse und ihre Positionen melden, können wir den Standort des Störers genau bestimmen. Telefone, die sich näher am Störsender befinden, melden ein höheres J/N-Verhältnis, was wertvolle Erkenntnisse liefert. Darüber hinaus helfen Informationen über Telefontypen und physische Ausrichtungen bei der Interpretation und Korrektur von J/N-Rohdaten, was die Genauigkeit erhöht. Dank dieses umfassenden Ansatzes gewährleistet das J911-System eine effiziente Identifizierung und Lokalisierung von Störern.

Die Einrichtung einer J911-Notrufzentrale auf Bundesebene zur Verarbeitung von J/N-Messungen zu Schätzungen des Störerstandorts auf der Grundlage des E911-Systems wäre kein allzu großes Problem. Dies liegt an der weiten Verbreitung und der etablierten Infrastruktur des E911-Notrufsystems in den Vereinigten Staaten. Derzeit gibt es 6.149 über das ganze Land verteilte Notrufzentralen, die für die Bearbeitung von drahtlosen Notrufen ausgelegt sind. Diese Anrufe werden in der Regel mit einer bestimmten Notrufzentrale verbunden, die sich nach dem Standort des Anrufers richtet, der vom Mobilfunkanbieter festgelegt wird. Gemäß den Anforderungen der Phase II erhalten die E911-Notrufzentralen sowohl die Mobilfunknummer des Anrufers als auch dessen Standortinformationen. Dieses Maß an Integration und Datenaustausch bildet eine solide Grundlage für das vorgeschlagene J911-System. Darüber hinaus verfügen 95 Prozent der Notrufzentralen bereits über E911-Funktionen der Phase II, was auf ein hohes Maß an Bereitschaft und Kompatibilität mit potenziellen Aufrüstungen oder Änderungen hindeutet. Software-Upgrades für Telefone, Basisstationen, MSCs und andere Komponenten sind Routine und umfassen oft neue oder geänderte Nachrichtenbestimmungen und -funktionen, was die reibungslose Integration des J911-Systems in die bestehende Architektur erleichtert.

Die Integration von Störungsmeldungen in die bestehende Infrastruktur nutzt die Möglichkeiten der Nachrichtenübermittlung und -weiterleitung. Die wichtigste Ergänzung ist eine Verarbeitungseinrichtung für diese Meldungen, entweder auf Bundesebene oder als Zusatz zu den Notrufzentralen. Die Integration der J/N-Messung in Telefone ist zwar eine einfache Hardware-Erweiterung, doch ist es nicht möglich, bestehende Telefone zu modifizieren. Glücklicherweise haben Mobiltelefone in der Regel einen Lebenszyklus von zwei Jahren, bevor sie ausgetauscht werden, so dass die zusätzliche Störungsmeldungsfunktion im Rahmen des normalen Austauschzyklus eingebaut werden kann.

Ist die Leistung des J911-Systems optimal?

Optimieren Sie die Ortung von Störsendern mit Hilfe von Kurvenanpassungstechniken. Durch die Analyse von J/N-Messungen einer Gruppe von zufällig angeordneten Mobiltelefonen können wir die Position des Störers bestimmen. Es wird ein Raster mit hypothetischen Störerstandorten erstellt, und für jeden Punkt wird eine Kurvenanpassung durchgeführt. Der Standort, der die beste Anpassung bietet, wird als Position des Störers identifiziert. Dieser Prozess wird in Abbildung 3 veranschaulicht, wobei von exakten J/N- und Standortmessungen der Mobiltelefone ausgegangen wird. In unserem Beispiel befindet sich ein 200mW-Störsender bei xy = [0,0], und 1.000 Mobiltelefone sind gleichmäßig über ein Gebiet von 1 Quadratkilometer verteilt. Ein hypothetisches Störsender-Standortraster mit Punkten im Abstand von 5 Metern erstreckt sich in x und y über 脗卤150 Meter. An jedem hypothetischen Punkt werden die 250 höchsten nicht gesättigten J/N-Meldungen in einer Kurvenanpassung nach der Methode der kleinsten Quadrate verwendet. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Störungsstärke mit 1/R^脦卤 abnimmt, wobei 脦卤 in der Regel im Bereich von 2 bis 4 in der mobilen Bodenumgebung liegt. Durch die Optimierung dieses Prozesses können wir den Standort des Störsenders genau bestimmen, was die Sicherheit erhöht und potenzielle Störungen verringert.

In der Praxis ist die Kenntnis der Standorte von Mobiltelefonen unvollkommen, und GPS ist für die Telefone in der Nähe des Störsenders nicht verfügbar. Es gibt jedoch Alternativen für die Standortbestimmung. Insbesondere wird angenommen, dass J/N (dB) eine lineare Funktion von log10(R) ist, wobei R die Entfernung zwischen der gemeldeten Position des Beobachters und dem hypothetischen Störsenderstandort ist. Mobilfunkbetreiber verwenden eine Vielzahl von Techniken zur Standortbestimmung, die auf der Zeitmessung zwischen dem Mobiltelefon und der beobachtenden Basisstation basieren. An jedem hypothetischen Störsenderstandort wird die Norm der Residuen als Maß für die Übereinstimmung der Störmeldungen (J/N + Standort) mit der Kurvenanpassung nach den kleinsten Quadraten erfasst. Diese Kennzahl, die in Abbildung 3 dargestellt ist, zeigt, dass die beste Anpassung am tatsächlichen Störerstandort erzielt wird. Es ist bemerkenswert, dass 脦卤 = 2 mit einem Freiraumausbreitungsmodell übereinstimmt, was unseren Ansatz weiter bestätigt. Je kleiner die Norm der Residuen, desto besser die Kurvenanpassung, was auf eine höhere Genauigkeit bei der Lokalisierung des Störers hinweist.

Die Leistung des J911-Systems wird von mehreren Schlüsselfaktoren beeinflusst, zu denen vor allem die Verwendung der Wi-Fi-Standorttechnologie gehört. Diese Methode, die sich auf sichtbare Zugangspunkte (APs) stützt, wurde von Unternehmen wie Skyhook und Google vermarktet und ist in den meisten Regionen weit verbreitet. In der Regel bietet sie eine Ortungsgenauigkeit von etwa 30 Metern, selbst wenn kein GPS vorhanden ist. Da viele moderne Mobiltelefone inzwischen mit integrierten Beschleunigungssensoren ausgestattet sind, besteht die Möglichkeit, die Position mit hoher Genauigkeit zu übermitteln, auch wenn kein GPS verfügbar ist. Ein weiterer wichtiger Aspekt, der berücksichtigt werden muss, ist die hohe Variabilität der J/N-Beobachtungen. Es gibt drei Haupteffekte, die zu dieser Variabilität beitragen: Fehler bei der Messung von J/N aufgrund von V1-Fehlern im Ruhezustand, unvollkommene Charakterisierung des AGC-Verstärkers und unkompensierte Richtwirkung der Empfängerantenne. Darüber hinaus tragen großräumige Abschattungseffekte, die durch Gebäude, Hügel, Brücken und andere Hindernisse verursacht werden, sowie kleinräumige Mehrwegeffekte zu den Schwankungen von J/N bei.

Um die komplexen Auswirkungen der Signalausbreitung zu erfassen, wird ein lognormales Modell verwendet, das Abweichungen von idealen Bedingungen im freien Raum darstellt. Dieses Modell charakterisiert die Signalstärke anhand von Medianwerten, während 脧聝 log-normal, ausgedrückt in dB, Gaußsche Zufallsabweichungen von diesem Median quantifiziert. Solche Modelle sind für die Vorhersage der statistischen Mobilfunkabdeckung von großer Bedeutung und weisen eine starke Korrelation mit realen Beobachtungen auf. Abbildung 4 zeigt eine Störsender-Standortmetrik, die mit einem ähnlichen Verfahren wie in Abbildung 3 berechnet wurde, aber jetzt unter Einbeziehung der Standortfehler des Beobachters von 脧聝x = 脧聝y = 30 Meter und 脧聝 log-normal = 6 dB. Schon geringe Bewegungen des Mobiltelefons können das Störsignal-Rausch-Verhältnis (J/N) erheblich verändern, da die Signale mehrere Pfade durchlaufen können, die sich am Empfänger entweder konstruktiv oder destruktiv kombinieren.

In diesem Szenario wurde die genaueste Position des hypothetischen Signalstörers dank des Konsenses der Menschenmenge auf xyjammer = [10,45] Meter festgelegt. Obwohl die Messungen der einzelnen Handys von geringerer Qualität gewesen sein mögen, lieferten sie zusammen eine bemerkenswert genaue Schätzung des Störerstandorts. Es ist erwähnenswert, dass diese Mobiltelefone über eine Wi-Fi-basierte Positionsbestimmung verfügen, deren Leistungsziele in 68 % der Zeit innerhalb von 脗卤6 dB des Freiraumwertes und in 95 % der Zeit innerhalb von 脗卤12 dB liegen. Diese Werte gelten als moderat. Bevor wir weitermachen, wollen wir kurz auf die Größe der Menschenmenge und die Dichte der Mobiltelefone eingehen. Unter der Annahme einer Mobilfunkpenetration von 70 % haben wir in Tabelle 1 die ungefähre Handy-Dichte für verschiedene Vororte und Städte angegeben.

Das J911-System weist eine bemerkenswerte Leistung auf, insbesondere in dichten Mobilfunkumgebungen. Stellen Sie sich ein Szenario mit 1.000 Mobiltelefonen pro Quadratkilometer vor, eine in vielen städtischen Gebieten übliche Dichte. Abbildung 5 veranschaulicht die unter diesen Bedingungen erzielte Genauigkeit bei der Ortung von Störsendern, wobei von einer gleichmäßigen Verteilung der Geräte ausgegangen wird. Auf der Grundlage von 500 unabhängigen Simulationsläufen werden in dieser Abbildung die radialen Fehlerstatistiken für die Störsenderortung bei der Verarbeitung von 25, 100, 500 oder 1.000 Messungen dargestellt. Der radiale Fehler, der durch J-EQ angegeben wird, verbessert sich erheblich, wenn mehr Messungen einbezogen werden. Die Verarbeitung von Daten aus der gesamten Menschenmenge führt in 50 % der Versuche zu Radialfehlern von 14 Metern oder besser und in 90 % der Versuche zu Radialfehlern von mehr als 27 Metern. Dies wirft die Frage auf: Warum wird nicht der gesamte Satz der von den Handys erhaltenen Messungen verarbeitet, um die Genauigkeit zu optimieren?

Um den Verkehr zu steuern und Fehlalarme während eines Störungsereignisses zu minimieren, wird der Prozess in zwei Hauptphasen unterteilt. Zunächst wird in der Erkennungsphase das Störungsereignis identifiziert. Anschließend wird in der Ortungsphase die genaue Position bestimmt. Dieser Ansatz stellt sicher, dass die Mobilfunkinfrastruktur nicht überlastet wird, selbst wenn mehrere Mobiltelefone das Ereignis beobachten und melden.

Wie erkennt man einen Signalstörer?

Um den Stromverbrauch im Standby-Modus zu minimieren, werden Mobiltelefone auf der Grundlage ihrer eindeutigen IMEI bestimmten Seitengruppen zugewiesen. Bei GSM gibt es 50 solcher Gruppen. Die Telefone wachen auf, um den PCH entsprechend ihrer Gruppe zu hören und auf eingehende Anrufe zu prüfen. Durch die Anpassung der Störungsmeldung an die Seitengruppe oder IMEI des Telefons können wir die anfänglichen Verkehrsspitzen begrenzen. Während der Erkennungsphase identifiziert das System auch die Art des Störungsereignisses und sorgt so für einen effizienten Betrieb. Diese Methode sorgt für ein Gleichgewicht zwischen Stromverbrauch und Anrufempfang, was für die Aufrechterhaltung einer reibungslosen Mobilfunkkommunikation unerlässlich ist.

Erkennen Sie Sonnenereignisse ganz einfach von Störsignalen. Eine flache J/N-Reaktion an verschiedenen Orten deutet auf eine Sonneneruption hin, nicht auf eine lokale Störung. Echte Störungsereignisse zeigen ein ausgeprägtes geografisches Zentrum mit hohem J/N in einem bestimmten Gebiet. Außerdem sind CE-Störungen, die nicht gaußförmig sind, ein klares Zeichen für eine vom Menschen verursachte Störung und helfen, die Quelle zu lokalisieren. Bleiben Sie informiert, unterscheiden Sie zwischen natürlichen und vom Menschen verursachten Störungen und finden Sie den Verursacher mit Sicherheit.

Wie ortet man einen Signalstörer?

Wenn die Störung auf einen Jammer zurückgeführt wird, ist der nächste Schritt die Lokalisierung des Jammers. Es mag zwar intuitiv erscheinen, für die Lokalisierung Telefone zu verwenden, die dem Störer am nächsten sind, aber Telefone mit gesättigten J/N-Metern sind nicht ideal. Stattdessen bieten nicht gesättigte Telefone wertvolle RSSI-Daten, die gut mit der Entfernung korrelieren. Diese Telefone, insbesondere diejenigen, die sich am nächsten zur Störquelle befinden und hohe J/N-Werte aufweisen, haben in der Regel weniger Probleme mit der Signalausbreitung. Während eines Störfalls steuert die J911-Zentrale den Datenverkehr, indem sie die Meldungen auf diejenigen Telefone beschränkt, die einen J/N-Wert über J/Nmin aufweisen. Wie Abbildung 5 zeigt, erhöht die Verarbeitung des vollständigen Datensatzes die Genauigkeit der Störerortung im Vergleich zur Verwendung eines reduzierten Datensatzes.

Die Optimierung von Störsender-Lokalisierungstechniken kann die Genauigkeit und Effizienz erheblich verbessern. Durch die Verarbeitung der gesamten Menge erreichen wir in der Hälfte der Versuche radiale Fehler von 14 Metern oder mehr und übertreffen 27 Meter in 90 % der Tests. Wenn man sich jedoch nur auf die 250 stärksten J/N-Werte verlässt, beeinträchtigt dies die Genauigkeit der Jammer-Schnappschuss-Lokalisierung, was in 50 % der Fälle zu radialen Fehlern von 47 Metern oder weniger und in 90 % der Versuche zu Fehlern von über 110 Metern führt. Der Silberstreif am Horizont ist, dass der erzeugte Mobilfunkverkehr auf nur ein Viertel reduziert wird. Mit anderen Worten: Bei einer gegebenen Verkehrsverarbeitungskapazität können wir die Störsenderstandorte mit der vierfachen Rate aktualisieren. Durch die Einbeziehung zusätzlicher Meldekriterien wie Seitengruppenzugehörigkeit, allgemeiner Standort oder IMEI können wir in jedem Momentaufnahme-Intervall unterschiedliche Handy-Populationen abfragen. Darüber hinaus kann die Implementierung eines Kalman-Filter-Ansatzes zur Verfolgung und Glättung von Störsender-Standortschätzungen letztendlich eine bessere Leistung erbringen, insbesondere wenn man bedenkt, dass sich einzelne Telefone im Laufe der Zeit erheblich bewegen können.

Die Verbesserung der Genauigkeit der Störsenderlokalisierung bleibt ein Schwerpunkt der weiteren Forschung. Ein möglicher Ansatz besteht darin, Telefone, die gesättigte oder erhöhte J/N-Anzeigen aufweisen, zur geografischen Zentrierung zu verwenden. Darüber hinaus könnte die Integration mehrerer Methoden vielversprechende Ergebnisse liefern. In Szenarien, in denen der Störsender in einem fahrenden Fahrzeug identifiziert wird, kann die Genauigkeit der Ortung verbessert werden, indem das hypothetische Positionsraster des Störsenders auf Straßen beschränkt wird und Kartendaten als Referenz verwendet werden. Diese Möglichkeiten bieten Raum für weitere Untersuchungen. Abbildung 6 erweitert die Analyse aus Abbildung 5 und untersucht Szenarien mit deutlich geringerer Mobiltelefondichte. In allen Szenarien ist eine umfassende Datenerfassung und -verarbeitung weiterhin unerlässlich. Wie erwartet, führt eine höhere Anzahl von Beobachtern zu einer verbesserten Lokalisierungsgenauigkeit von Störsendern. Aber auch in Gebieten mit geringerer Mobilfunkdichte erzielt das System in 50 Prozent der Fälle eine 50-Meter-Genauigkeit und in 90 Prozent der Fälle eine 100-Meter-Genauigkeit, wenn man von 100 Handys pro Quadratkilometer ausgeht.

Eine Verbesserung der Störsender-Ortungsgenauigkeit ist trotz Ausbreitungsschwankungen und Messfehlern selbst in mäßig besiedelten Gebieten möglich. Unsere Analyse, wie in Abbildung 7 dargestellt, zeigt radiale Genauigkeitsstatistiken für verschiedene 脧聝-Lognormalwerte (4, 6, 8 und 10 dB). Wie erwartet, verschlechtert sich die Zuverlässigkeit der J/N-Messungen mit zunehmender Ausbreitungsvariabilität und/oder Messfehlern des Mobiltelefons. Folglich leidet auch die Genauigkeit der Schätzungen des Störerstandorts, allerdings nicht in katastrophaler Weise. In ähnlicher Weise zeigten Simulationen mit größeren Fehlern bei der Handyortung moderate Leistungseinbußen bei der Genauigkeit der Störsenderortung. Insgesamt zeigen die Abbildungen 5 bis 7, dass die Größe der Menschenmenge und die Algorithmen zur Auswahl der Menschenmenge und nicht die Genauigkeit der einzelnen Messungen die wichtigsten Faktoren für die Genauigkeit der Ortung von Störsendern sind. Diese Erkenntnisse ebnen den Weg für effektivere Strategien zur Erkennung und Lokalisierung von Störsendern, insbesondere in dicht besiedelten Gebieten, in denen Signalstörungen ein häufiges Problem darstellen.

Wie positioniert man den J911 wirkungsvoll?

Die Mobilfunkbetreiber waren wenig begeistert von der Einführung des drahtlosen E911-Systems, da es erhebliche Hardware-Anforderungen für die Positionsmeldung von Mobilstationen (MS), z. B. Handys, mit sich bringt. E911 dient nun jedoch als technische Grundlage für zahlreiche Einnahmequellen, insbesondere für die Branche der standortbezogenen Dienste (LBS). GPS-Störungen stellen eine direkte Bedrohung für diese Einnahmequelle dar, insbesondere da GPS in Fahrzeugnavigationssysteme und intelligente Straßensysteme integriert wird. In dieser sich entwickelnden Landschaft werden die Mobilfunkbetreiber eine zentrale Rolle bei der Bereitstellung der erforderlichen Kommunikationseinrichtungen spielen. GPS-Störungen stellen daher ein erhebliches Hindernis für dieses künftige Einnahmepotenzial dar. Darüber hinaus stellt die Störung von Mobilfunksignalen eine Gefahr für die nationale Infrastruktur und die Einnahmen der Betreiber dar. Glücklicherweise lassen sich die oben beschriebenen Ansätze zur rechtzeitigen Erkennung und Lokalisierung von Störquellen im Mobilfunkfrequenzband leicht anpassen, um diese neuen Herausforderungen zu bewältigen.

Die Einführung eines J911-Systems bietet Mobilfunkbetreibern erhebliche potenzielle Vorteile und ist daher ein attraktives Angebot für die Branche. Auf der Grundlage des etablierten E911-Rahmens für Mobilfunknetze kann die Einführung von J911 durch einen strukturierten dreistufigen Ansatz erreicht werden. Zunächst beginnt der Prozess mit einem Regelwerk, in dem die FCC nach Feststellung der Notwendigkeit einen Regelungsvorschlag (Notice of Proposed Rulemaking, NPRM) veröffentlicht, in dem die funktionalen Voraussetzungen für das System dargelegt werden. Daraufhin würden Rückmeldungen aus der Branche eingehen, die in einem iterativen Prozess zur Festlegung der Leistungskriterien von J911 und des Zeitplans für die Einführung führen. Diese Phase wird voraussichtlich etwa zwei Jahre dauern. Der nächste Schritt ist die Festlegung von Standards, bei der etablierte Gremien aus den Bereichen Mobilfunk, LEC und Notrufzentralen zusammenarbeiten würden, um detaillierte Standards für die J911-Implementierung zu formulieren. Diese kritische Arbeit würde in erster Linie von Vertretern der Branche in Zusammenarbeit vorangetrieben werden.

Die Implementierung von J911 würde sich nahtlos in die bestehende Mobilfunkinfrastruktur einfügen, so dass außer den MS-Teilen keine Hardwareänderungen erforderlich wären. Im Rahmen des regelmäßigen Aktualisierungs- und Freigabezyklus würde J911 eingeführt, wobei die Einhaltung der FCC-Regelungs- und Normungsprozesse für neue Mobilfunkstationen gewährleistet würde. Dieser Normierungsprozess, der verschiedene Systemkomponenten wie MS- und BSS-Normen umfasst, wird schätzungsweise ein bis zwei Jahre dauern, so dass die Hersteller interoperable Geräte herstellen können. Infolgedessen würden die Mobilgeräte innerhalb von zwei Jahren schrittweise zu J911-kompatiblen Modellen übergehen, was die vollständige Einführung des J911-Systems bedeuten würde. Interessanterweise erinnert dieses Konzept der weit verbreiteten Übernahme und Integration an die Ergebnisse des Experiments von Francis Galton aus dem Jahr 1907, bei dem er die kollektive Weisheit einer Menschenmenge auf einem Volksfest beobachtete. Galton fand heraus, dass trotz der großen Unterschiede in den individuellen Schätzungen und Fachkenntnissen der Durchschnitt aller Schätzungen das Gewicht eines gemästeten Ochsen genau vorhersagte. In ähnlicher Weise verspricht die schrittweise Einführung und Übernahme von J911 im gesamten mobilen Ökosystem, die kollektive Kraft der Technologie und der Standardisierung zu nutzen, was letztendlich zu einem robusten und interoperablen System führt.

Der Median der Schätzungen der Zuschauer wich nur um 0,8 % vom tatsächlichen Wert ab, was ihre beeindruckende Genauigkeit unterstreicht.

 Schlüsselergebnisse aufgedeckt?

Die Schaffung einer nationalen Infrastruktur zur Erkennung und Ortung von GPS- und Mobilfunk-Störsendern ist von entscheidender Bedeutung. Diese Fähigkeit würde schnelle und wirksame Durchsetzungsmaßnahmen unterstützen. Ein Crowdsourcing-Ansatz, bei dem eine Vielzahl opportunistischer Handy-Beobachter zum Einsatz kommt, scheint eine plausible Lösung zu sein, die zeitnahe und ortsspezifische Warnungen liefert. Auch wenn einzelne Messungen möglicherweise nicht sehr genau sind, bietet der Konsens der Menge eine gute Genauigkeit. Auch wenn dieses System zweckgebundene, durch Präzisionsenergie gesteuerte Spoofers nicht zuverlässig aufspüren kann, so könnte es doch gröbere Spoofers im Stil von Handy-Apps aufspüren, die z. B. bei der Umgehung der Straßenbenutzungsgebühren auftreten können. Es gibt jedoch noch zahlreiche offene Fragen. Die Verstärkungsmuster von Störsendern können die Ortungsgenauigkeit beeinträchtigen. Inwieweit kann dies durch die Kartierung von Antennengewinnkonturen gemildert werden? Wie können mehrere Störsender gleichzeitig geortet werden? Können auf Karten und Ausbreitungsmodellen basierende Hilfsalgorithmen die Ortungsgenauigkeit von Störern verbessern?

Das vorgeschlagene System kann auch nach seiner Einführung kontinuierlich verbessert werden, da seine Crowd Processing-Funktion softwarebasiert ist. Obwohl noch erheblicher Forschungsbedarf besteht, gewährleistet diese Flexibilität, dass das System offen für Verbesserungen bleibt.

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