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GIS Seminar WS 2001 / 02 Inhalt 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick Von Lucas Schult unter Betreuung.

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

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

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

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

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

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

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

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

9 Inhalt 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick GPS und Mobilfunk Signalausbreitung Abschattung: Große Objekte (Gebäude, Bäume) dämpfen Signal, dass hinter ihnen kein Empfang möglich ist. Je höher die Frequenz, desto stärker die Dämpfung. 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).

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

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

12 Inhalt 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick GPS und Mobilfunk 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 THz)

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

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

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

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

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

18 Hyperbelschnittverfahren Inhalt 1.Einleitung 2. Basis- technologie 3. GSM Positionierung 4. Zusammen- fassung & Ausblick GPS und Mobilfunk 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. Bleibt die Frage: Wie wird die Distanz- bestimmung realisiert ?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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


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