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GIS Seminar WS 2001 / 02 - PowerPoint PPT Presentation


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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
slide1

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

slide2

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“

slide3

Inhalt

Konkretisierung

„Und“ oder „oder“ ?

GPS und Mobilfunk

1.Einleitung

2. Basis- technologie

3. GSM Positionierung

4. Zusammen- fassung & Ausblick

„GPS und Mobilfunk“

slide4

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“

slide5

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“

slide6

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“

slide7

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“

slide8

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“

slide9

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“

slide10

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“

slide11

Inhalt

Frequenzspektrum

1.Einleitung

2. Basis- technologie

3. GSM Positionierung

4. Zusammen- fassung & Ausblick

„GPS und Mobilfunk“

slide12

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“

slide13

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“

slide14

Inhalt

GSM-Positionierung

1.Einleitung

2. Basis- technologie

3. GSM Positionierung

4. Zusammen- fassung & Ausblick

„GPS und Mobilfunk“

slide15

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“

slide16

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“

slide17

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“

slide18

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“

slide19

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“

slide20

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“

slide21

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“

slide22

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“

slide23

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“

slide24

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“

slide25

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“

slide26

Inhalt

Vergleich der Verfahren

1.Einleitung

2. Basis- technologie

3. GSM Positionierung

4. Zusammen- fassung & Ausblick

„GPS und Mobilfunk“

slide27

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“

slide28

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“

slide29

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“

slide30

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“

slide31

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“

slide32

Inhalt

Vergleich der Verfahren

1.Einleitung

2. Basis- technologie

3. GSM Positionierung

4. Zusammen- fassung & Ausblick

„GPS und Mobilfunk“

slide33

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“

slide34

Inhalt

GPS & Mobilfunk

1.Einleitung

2. Basis- technologie

3. GSM Positionierung

4. Zusammen- fassung & Ausblick

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit

„GPS und Mobilfunk“