Inhaltsverzeichnis

1  Einleitung  3

2  A-GPS  4

2.1  Einführung.  4

2.2  Funktionsweise.  4

2.3  Vorteile.  5

2.4  Anwendungsmöglichkeiten  6

3  EGNOS.  6

3.1  Einführung.  6

3.2  Segmente und Funktionsprinzip.  6

3.3  Überdeckungsbereiche  7

3.4  Genauigkeit  8

3.5  Vorteile.  8

4  GALILEO.  8

4.1  Einführung.  8

4.2  Phasen.  9

4.2.1  Planung (erste und zweite Phase)  9

4.2.2  Fertigstellung (dritte Phase)  9

4.2.3  Betrieb und Wartung (vierte Phase)  9

4.3  Segmente  9

4.3.1  Bodensegement  9

4.3.2  Raumsegment  10

4.3.3  Benutzersegment  11

4.4  Frequenzen  11

4.5  Dienste.  12

4.5.1  OS (Open Service)  12

4.5.2  CS (Commercial Service)  13

4.5.3  SoL (Safety of Life)  13

4.5.4  PRS (Public Related Service)  13

4.5.5  SAR (Search and Rescue)  13

4.6  Genauigkeit  14

4.7  GATE  14

4.8  Vorteile von GALILEO  14

4.9  Fazit.  15

5  Zusammenfassung.  15

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1 Einleitung

Momentan existieren im Bereich der Satellitennavigation drei Hauptsysteme, die in Abbildung 1 wiederzufinden sind. Das vom US-Verteidigungsministerium entwickelte und umgesetzte Navigationssystem NAVSTAR GPS (Navigation System with Timing and Ranging -Global Positioning System) wird heutzutage weltweit für die unterschiedlichsten Anwendungsbereiche wie z.B. im Auto zur Zielfindung, im Vermessungswesen oder beim Militär eingesetzt. GLONASS, das russische Pendant zu GPS, hat auch einen militärischen Hintergrund und basiert technisch auf den gleichen Prinzipien wie GPS. GLONASS wie auch GPS benötigen zum Regelbetrieb 24 Satelliten im Orbit, um eine weltweite Abdeckung zu gewährleisten. Aufgrund der kurzen Lebensdauer der GLONASS-Satelliten (3-4 Jahre) und momentanen Finanzierungsengpässen sind nur noch 13 GLONASS-Satelliten funktionsfähig. Die Europäische Union und die Europäische Weltraumorganisation (ESA) wollen mit dem Gemeinschaftsprojekt GALILEO ein eigenes autonomes System errichten. Die Entwicklung für dieses europäische Satellitennavigationssystem findet in zwei Stufen statt. Als erstes wird ein System mit dem Namen EGNOS, welches sich schon im Routinebetrieb befindet, errichtet. EGNOS ist mit dem amerikanischen WAAS vergleichbar und stellt Korrekturdaten zu den Systemen GPS und GLONASS bereit. Die zweite Stufe stellt das System GALILEO selbst dar. Dieses wird durch den Einsatz von 30 Satelliten eine größere Genauigkeit aufweisen als die bisherigen Satellitennavigationssysteme. GALILEO wird das erste zivile Satellitennavigationssystem der Welt. Bei GALILEO, GPS und GLONASS ermittelt jeweils der mobile Benutzer mithilfe der Satellitensignale und dem Empfänger seine Position selbst. Solche Verfahren zur Positionsbestimmung werden Positioning genannt. Die Positionsbestimmung geschieht hier mittels der Basistechnik Time of Arrival (TOA). Die elektromagnetischen Signale, welche von den Satelliten stammen, werden mit Lichtgeschwindigkeit an den Benutzer gesendet. Dieser kann die Entfernung zu den Satelliten aufgrund des Zeitunterschieds zwischen Aussenden und Empfangen des Signals ermitteln. Eine weitere Basistechnik stellt Cell of Origin (COO) dar, welche aufgrund einer Zellenstruktur (z.B. GSM-Zelle) eine Positionsermittlung des Benutzers ermöglicht. Man spricht hierbei auch von Tracking.

Abbildung 1: Überblick der verschiedenen Satellitennavigationssysteme nach [RoJö05]

Assisted-GPS ist im Bereich der überlagerten Systeme und im netzwerkgestützten Bereich (Mobilfunk) angesiedelt, welches die Basistechniken der Positionsbestimmung COO und TOA kombiniert. A-GPS verwendet als Grundlage die GPS-Ortsbestimmung und als Erweitrung das Mobilfunknetz.

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2 A-GPS

2.1 Einführung

Immer mehr Mobiltelefone haben einen GPS-Empfänger eingebaut, um neben dem Telefonieren auch die aktuelle Position bestimmen zu können. Dabei ergeben sich aber folgende Einschränkungen in der Nutzung:

• Die erste Positionsbestimmung benötigt eine Zeit von 10-60 Sekunden (im schlechtesten Fall bis zu mehrere Minuten).

• Eine freie Sicht zu den GPS-Satelliten ist in städtischer Umgebung meist aufgrund von Abschattung nicht oder nur eingeschränkt möglich. In geschlossenen Gebäuden ist die Verfügbarkeit der Satellitensignale noch geringer.

• Bei eingeschaltetem GPS-Empfänger sinkt die Akkulaufzeit rapide ab, da dieser einen enormen Stromverbrauch hat.

Bei standortbezogenen Diensten auch LBS (Location Base Services) genannt ist eine genaue, kontinuierliche Ortsbestimmung nötig, um dem mobilen Benutzer z.B. einen Touristenführer anbieten zu können. Assisted Global Positioning System (A-GPS) ist zur Lösung dieser Einschränkungen entwickelt worden, indem es das Prinzip der GSM-Ortung mit der GPS-Navigation kombiniert. Dazu übermittelt das Mobilfunknetz sogenannte Hilfsdaten (auch Aiding-Daten genannt), welche eine schnellere GPS-Positionsbestimmung des mobilen Benutzers ermöglicht. Die Hilfsdaten bestehen aus präzisen Bahndaten, Satellitenkonstellation (Almanach), Funktionsfähigkeit der Satelliten und der Zeitinformationen. Um A-GPS nutzen zu können, ist ein eingebauter A-GPS-Chip im Mobiltelefon nötig, welcher eine Schnittstelle zur Aufnahme der Hilfsdaten besitzt.

2.2 Funktionsweise

Ein typisches A-GPS-System besteht aus einem globalen Referenznetzwerk von GPS-Empfängern, einem A-GPS-Server, welcher die Hilfsdaten zur Verfügung stellt, und A-GPSfähigen Endgeräten (z.B. Mobiltelefon mit A-GPS-Chip). Die GPS-Referenzempfänger werden vom Mobilfunkbetreiber an Orten mit guter Sichtverbindung zu mindestens vier GPS-Satelliten installiert und empfangen die relevanten Satellitendaten. Der A-GPS-Server empfängt zuerst eine grobe Schätzung der Position des Mobiltelefons über ein GSM-Ortungsverfahren (z.B. die Cell-ID-Methode) und sendet nach Anfrage die berechneten Hilfsdaten zu dem Mobiltelefon. [BoGe06]

Das grundlegende Funktionsprinzip wird in Abbildung 2 veranschaulicht und besteht aus folgenden Schritten:

1. Satelliteninformationen werden permanent von einem Referenznetzwerk beim Mobilfunkanbieter gesammelt und zum A-GPS Server übertragen.

2. Mobiltelefon sendet Anfrage an A-GPS Server und erhält die Hilfsdaten übers Mobilfunknetz (evtl. auch direkt über das Internet)

3. Nachdem die Hilfsdaten zur Verfügung stehen, können die GPS-Messungen vom GPS-Empfänger durchgeführt werden.

4. Die eigene Position kann nun schnell berechnet werden.

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Diese Methode der Positionsbestimmung nennt man auch Mobiltelefon-basiert (terminalbasiert), da die Berechnung der Position, auf Grund der Hilfsdaten, vom Mobiltelefon selbst vorgenommen wird. Man spricht vom netzwerkbasierten A-GPS, wenn das Mobiltelefon die GPS-Signale (also Entfernungen zu den Satelliten) empfängt und die eigentliche Berechnung der genauen Position der A-GPS-Server vornimmt und an das Mobiltelefon zurückliefert. [ReUd04]

2.3 Vorteile

A-GPS-Chips wie vom Schweizer Hersteller ublox sind nur 8x8mm groß und daher ideal für Mobiltelefone, PDAs, persönliche Navigationsgeräte, Kameras, Mobiltelefone und andere batteriebetriebene Produkte einsetzbar. Der u-blox 5 unterstützt GPS, EGNOS, A-GPS, WAAS und MSAS und weist nur einen Stromverbrauch unter 50 mW auf und ist daher sehr gut für mobile Anwendungen geeignet. Aufgrund der zur Verfügung gestellten Hilfsdaten muss der GPS-Empfänger keinen kompletten Suchlauf nach den verfügbaren Satelliten starten, sondern kann akkuschonend direkt die verfügbaren Satellitensignale auswerten. Die Suchzeit für die erste Lokalisierung, auch Time to First Fix (TTFF) genannt, wird entschieden verringert. Normal benötigt ein GPS-Empfänger ca. 10 bis 60 Sekunden, mit A-GPS ist die erste Positionsbestimmung in weniger als 10 Sekunden möglich. Aufgrund der Hilfsdaten ist eine erhöhte Genauigkeit bei der Ortsbestimmung, sowie auch eine Ortung in städtischen Bereichen mit Abschattungen und im Indoor-Bereich (z.B. Gebäuden) möglich. Reine GPS-Empfänger benötigen mindestens immer die Sicht zu vier verfügbaren Satelliten. [UBL07]

A-GPS bietet zusammengefasst folgende Vorteile gegenüber GPS:

• Hardware fällt kleiner aus

• Akku von mobilen Endgeräten wird geschont

• Suchzeit für die Lokalisierung wird beschleunigt

• Erhöhte Ortungsqualität

• Auch schwächere Signale können ausgewertet werden

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