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GIS Seminar WS 2001 / 02

Inhalt. GIS Seminar WS 2001 / 02. 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick. Navigation GPS & Mobilfunk. Von Lucas Schult unter Betreuung von Dipl.- Ing. H.-J. Fuhlbrügge am 21.1.2002. Inhalt. GIS Seminar WS 2001 / 02.

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Presentation Transcript

  1. Inhalt GIS Seminar WS 2001 / 02 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick Navigation GPS & Mobilfunk Von Lucas Schult unter Betreuung von Dipl.- Ing. H.-J. Fuhlbrügge am 21.1.2002

  2. Inhalt GIS Seminar WS 2001 / 02 • Sensornavigation (Thomas Telega) • GPS und Inertialsysteme (Peter Heinrich) • GPS und Mobilfunk (Lucas Schult) • Routenplanung (Christian Nitsche) 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick „GPS und Mobilfunk“

  3. Inhalt Konkretisierung „Und“ oder „oder“ ? GPS und Mobilfunk 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick „GPS und Mobilfunk“

  4. Inhalt Konkretisierung GPS und Mobilfunk 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick Positionsbestimmung durch GSM - Positionierungsverfahren GSM - Global Standard for Mobile Communications „GPS und Mobilfunk“

  5. Inhalt Angebot 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick Informationsangebote Meine Kinder sind zu spät, wo bleiben sie nur… • Persönliche Sicherheit Wie lange werde ich wohl brauchen nach... • Verkehrsinformationen „GPS und Mobilfunk“

  6. Inhalt Angebot 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick • Hilfe im Notfall • Ich hatte einen Autounfall und brauche Hilfe… • 112 Notrufortung • Ich möchte im Lawinengefährdeten Gebiet skifahren… • Ortung von Verschütteten „GPS und Mobilfunk“

  7. Inhalt Angebot • M-Commerce Services • Wo ist das nächste italienische Restaurant… • M-commerce / Restaurant Führer • Ich möchte Karten für „Herr der Ringe“ bestellen… • Kinokartenbestellung 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick „GPS und Mobilfunk“

  8. Inhalt Signalausbreitung • Übertragungsbereich • Erkennungsbereich • Interferenzbereich Drahtlose Signale breiten sich im Vakuum gleichmäßig in alle Richtung des Raums aus. Die Signalstärke nimmt quadratisch zur Entfernung ab. 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick Drei Bereiche der Signalstärke: „GPS und Mobilfunk“

  9. Inhalt Signalausbreitung Abschattung: Große Objekte (Gebäude, Bäume) dämpfen Signal, dass hinter ihnen kein Empfang möglich ist. Je höher die Frequenz, desto stärker die Dämpfung. 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick Reflexion: Nach Reflexion des Signals an z.B. Gebäuden nimmt durch Absorption die Signalstärke ab. Streuung: Ein Signal wird in mehrere schwächere aufgespalten, die in unterschiedliche Richtungen verlaufen. Beugung: Signale werden an Kanten von der ursprünglichen Ausbreitungsrichtung abgelenkt (Empfänger hinter Bergen erreichbar). „GPS und Mobilfunk“

  10. Inhalt Störungen • Besonders problematisch sind: • Mehrwegeffekte (bekannt von GPS) • In Verbindung damit: Delay Spread • Destruktive Interferenzen • In Verbindung damit: Fast Fading • Doppler Effekt 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick „GPS und Mobilfunk“

  11. Inhalt Frequenzspektrum 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick „GPS und Mobilfunk“

  12. Inhalt Frequenzspektrum Welche Frequenzen nutzt der Mobilfunk ? Analoge C-Netz: 450 MHz GSM900: 900 MHz GSM1800: 1,8 GHz Zum Vergleich: Sichtbares Licht (Glasfaser- übertragungen) liegt im Frequenz- bereich 300 - 900 THz) 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick „GPS und Mobilfunk“

  13. Inhalt Zellen- und Zellstrukturen Stadt- bereich Vorstadt- bereich Pico- Zelle: 1 m - 100 m Mikro- Zelle: 100 m - 2 km Makro- Zelle: 2 km - 40 km Mega- Zelle: 40 km - 200 km Giga- Zelle: 200 km - 2000 km 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick „GPS und Mobilfunk“

  14. Inhalt GSM-Positionierung 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick „GPS und Mobilfunk“

  15. Inhalt Cell of origin (COO) 1. Zuordnung zur nächstgelegenen Antenne 2. Nutzung des TA Effekts 3. Sektorbestimmung Positionsbestimmung 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick „GPS und Mobilfunk“

  16. Inhalt Angle of Arrival (AOA) Sog. Smart-Antenne wird benutzt Antenne erkennt Phasenverschiebung zwischen zwei Signalen beim Empfänger 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick Ermittlung von zwei Standlinien Geradenschnitt Aufteilung der Antenne in ein Antennenarray „GPS und Mobilfunk“

  17. Inhalt Angle of Arrival (AOA) Probleme: Verzerrung der Wellenfront durch Multipath-Effekte Lange Integrationszeit notwendig: Ortungsdauer etwa 10 s 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick Aufteilung der Antenne in ein Antennenarray „GPS und Mobilfunk“

  18. Inhalt Hyperbelschnittverfahren Es gilt: Sämtliche Punkte, deren Distanzdifferenz zu zwei anderen Punkten konstant ist, liegen auf einer Hyperbel. Bei drei Antennen ergeben sich zwei Hyperbeln, deren Schnittpunkt die gesuchte Position ergibt. 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick Bleibt die Frage: Wie wird die Distanz- bestimmung realisiert ? „GPS und Mobilfunk“

  19. Inhalt Received Signal Strength Distanzmessung durch Messung der Signalstärke 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick Zur Erinnerung: Die Signalstärke nimmt quadratisch mit wachsender Entfernung ab. „GPS und Mobilfunk“

  20. Inhalt Signallaufzeitmessung 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick • Vorraussetzungen: • Koordinaten der Basisstationen müssen bekannt sein • die ausgesendeten Signale müssen synchronisiert sein „GPS und Mobilfunk“

  21. Inhalt Signallaufzeitmessung 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick Vorraussetzungen: Mit sog. Bursts erfolgt Distanzmessung (analog zur Codemessung bei GPS). Burst Aussendung sowohl von Basis als auch von Handy „GPS und Mobilfunk“

  22. Inhalt Downlinkverfahren Wird auch als „Enhanced Observed Time Difference“ - E-OTD bezeichnet 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick Mobiltelefon berechnet den Standort Burst wird von Basis ausgesendet Sowohl während Gesprächen als auch im „Stand by modus“ muß Ortung möglich sein Vorraussetzung: Leistungsstarke Software im Mobiltelefon „GPS und Mobilfunk“

  23. Inhalt Uplinkverfahren Wird auch als „Time Difference of Arrival“ - TDOA bezeichnet 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick Funkbasen berechnet den Standort Burst wird von Mobiltelefon ausgesendet Ortung wird per SMS an Handy übermittelt „GPS und Mobilfunk“

  24. Inhalt Fingerprintverfahren Multipath-Muster jedes Ort ist gespeichert. Abgleich über Mustererken- nung Muster muß gleich bleiben 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick „GPS und Mobilfunk“

  25. Inhalt Fingerprintverfahren Besonders für dicht bebautes Gebiet geeignet Nur eine Antenne notwendig Hersteller sagt System sei genauer als AOA- oder TDOA-Techniken 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick „GPS und Mobilfunk“

  26. Inhalt Vergleich der Verfahren 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick „GPS und Mobilfunk“

  27. Inhalt Vergleich der Verfahren • COO (Cell of Origin): • keine Modifikationen nötig 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick • Nachteile: • sehr schlechte Genauigkeit • langsam in der Positionsberechnung • Messung nur während Gespräch möglich • eventl. Spracheinbußen • Vorteile: • alles bereits vorhanden • keine Investitionen nötig „GPS und Mobilfunk“

  28. Inhalt Vergleich der Verfahren • AOA (Angle of Arrival): • Spezieller Antennentyp erforderlich 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick • Nachteile: • Anttenarray oder Smart Antenne erforderlich • Vorteile: • Standardunabhängig • keine Synchronisation notwendig „GPS und Mobilfunk“

  29. Inhalt Vergleich der Verfahren • RSS (Received Signal Strength): • An Basisstation Modifikationen nötig 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick • Nachteile: • sehr schlechte Genauigkeit • Messungen aufwendig • Vorteile: • Unempfindlichkeit gegenüber Multipath-Effekten „GPS und Mobilfunk“

  30. Inhalt Vergleich der Verfahren • TDOA sowie E-OTD (Time Difference of Arrival sowie Enhanced Observes Time Differences): • An Basisstation und an Handy Modifikationen nötig 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick • Nachteile: • braucht mind. 3 Antennen • sehr genaue Zeitreferenz notwendig • Empfindlich auf Multipath • periodische Kalibrierung des Systems nötig • Vorteile: • genaueste Methode • keine Beeinträchtigung der Sprachqualität • Messung immer möglich, wenn Handy eingeschaltet „GPS und Mobilfunk“

  31. Inhalt Vergleich der Verfahren • Multipath Fingerprint: • Datenbankabfrage nötig 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick • Nachteile: • aufwendiges Template-Matching-Verfahren • setzt stationäres Verhalten der Multipath-Muster voraus • erfordert Datenbank • Vorteile: • genaueste Methode nach Herstellerangaben „GPS und Mobilfunk“

  32. Inhalt Vergleich der Verfahren 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick „GPS und Mobilfunk“

  33. Inhalt GPS & Mobilfunk • 2 Möglichkeiten Mobilfunk & GPS einzusetzen: • Reine Mobilfunk Navigation • Mobilfunk Navigation mit GPS Unterstützung 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick • Genauigkeiten von GPS werden nicht erreicht, jedoch ist in manchen Gebieten keine GPS Nutzung möglich, z.B. • Waldgebieten • Bei hoher Bebauung • Innerhalb von Gebäuden „GPS und Mobilfunk“

  34. Inhalt GPS & Mobilfunk 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick Vielen Dank für die Aufmerksamkeit „GPS und Mobilfunk“

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