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Mobile, drahtlose und situationsbezogene Dienste – ein Überblick über das Projekt Heywow
… und ein Ausblick auf Galileo
Uwe-Carsten Fiebig
24. Oktober 2004
Institut für Kommunikation und Navigation
Acknowledgement: Für die Bereitstellung einiger Folien zu Galileo: Patrick Robertson, Christoph Günther, Arno Schroth, Evelin Engler
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Inhalte des Vortrags
Mobile, drahtlose und situationsbezogene Dienste: Wasverstehen wir unter der Situation eines Mobilfunkteilnehmers ?
Projekt Heywow
Wie funktioniert Satellitennavigation ?
Einführung zu Galileo
Woran beteiligt sich das DLR beim Aufbau von Galileo ?
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Die genaue Ortung –Der Schlüssel zukünftiger situationsbewusster Dienste
Ortsabhängige Dienste (Location-based services) werden in Zukunft eine wichtige Rolle spielen (für Autofahrer, Fußgänger, etc.)Jedoch werden viele LBS nicht immer den Nutzeranforderungen perfekt entsprechenBeispiele:
Wo ist das nächste Restaurant?“500m geradeaus, 1. Straße links nach 50m auf der rechten Seite”Der Dienst schlägt ein italienisches Restaurant vor, doch der Nutzer mag keine italienische Küche
Wo ist die nächste Apotheke?„300m geradeaus rechts neben dem gelben Haus“Aber um 3 Uhr morgens ist die Apotheke geschlossen
Auch die Situation des Nutzers muss beachtet werden !Aus ortsabhängigen Diensten werden situationsabhängige Dienste
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Wie ist die Situation des Nutzers charakterisiert?
Availablenetworks
Type ofhandsetLocation
Time
Emotions
Physicalenvironment
Personalpreferences
Used service
Past / history
Calendar
Activity
Situation
Indoor/outdoor
weather
time of day
season
street/garden city/country
moving
mobile radio
SatNav
short range
DxB
location
networks
Forecast /intentions
own
other people
screen size multimediacapabilities
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Was kann heute realisiert werden ?
Availablenetworks
Type ofhandsetLocation
Time
Emotions
Physicalenvironment
Personalpreferences
Used service
Past / history
Calendar
Activity
Situation
Indoor/outdoor
weather
time of day
season
street/garden city/country
moving
mobile radio
SatNav
short range
DxB
location
networks
Forecast /intentions
own
other people
Ohne Interaktion mitdem Nutzer möglich
Schwierig zurealisieren
Nur mit Interaktion des Nutzers
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Heywow: Dienste für die mobile Welt
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Heywow: Dienste für die mobile Welt
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Heywow: Dienste für die mobile Welt
Vision: Smart Bulb(intelligente Glühbirne)
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Heywow: Dienste für die mobile Welt
Neue Dienste basierend auf
Mobilfunk (GSM, GPRS, UMTS)Kurzreichweiten-kommunikation(Bluetooth, WLAN)Satellitennavigation (GPS, Galileo)
Installation von 11 Local Service Points(LSPs) in Landsberg/Lech
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Heywow: Was zeigen wir in Landsberg ?
Elektronischer Stadtführer
• Sehenswürdigkeiten• Stadt-Touren• Karten• Bilder, Audios, Videos• Hinweise• Öffnungszeiten
Ortsabhängige Dienste
• Lokale Webseiten (Gebäude, Geschäft, Museums)
• Ortung mit Hilfe von Bluetooth
• Navigation• People-Finder• Information Space
(Geograffitis, Fotos)
Surfen imInternet
• Nachrichten• mCommerce
• Versand von emails, Bildern etc
Bluetooth (Ortung, schnellere und Preisgünstiger Netzzugang)
Java-MIDP Handy / GPRS …. High-End Java Handy
Heywow Infrastruktur
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Heywow: Dienste für die mobile Welt
Ausblick:
Weiterentwicklung situationsbewusster DiensteIntegration von GPS / Galileo
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Grundprinzip der Satellitennavigation
Bestimmung der 3 Orts-Unbekannten
XR, YR, ZR
erfordert den Empfang der Navigationssignale von 3 Satelliten
Bestimmung der 3 Orts-Unbekannten
XR, YR, ZR
erfordert den Empfang der Navigationssignale von 3 Satelliten
Durchführung von Laufzeitmessungen der Satellitennavigationssignale auf ihrem Weg vom Satelliten zum Empfänger δt1, δt2, δt3
Aus der Laufzeit wird die Entfernung zwischen Satellit und Empf. bestimmt ρ1, ρ2, ρ3
ρ1
ρ2
ρ3
ρi = c δti
XR, YR, ZR
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Grundprinzip der Satellitennavigation
Bestimmung der 3 Orts-Unbekannten
XR, YR, ZR
durch Lösung der Navigationsgleichung
Bestimmung der 3 Orts-Unbekannten
XR, YR, ZR
durch Lösung der Navigationsgleichung
ρ1ρ2
ρ3
XR, YR, ZR
[ ] [ ] [ ]
[ ] [ ] [ ]
[ ] [ ] [ ]
2 2 21 1 1 1
2 2 22 2 2 2
2 2 23 3 3
1
3
2
3
SAT SAT SAT
SAT SAT SAT
SAT SAT SA
R R R
R R R
R R RT
c X Y Z
c X Y Z
c X Y Z
X Y Z
X Y Z
X
t
t Z
t
Y
δ
δ
δ
ρ
ρ
ρ
− − −
− − −
− − −
⋅ = = − + − + −
⋅ = = − + − + −
⋅ = = − + − + −
Navigationsgleichung
Problem:Sämtliche Satelliten und der Empfänger müssen aufeinander synchronisiert sein, was aus Aufwandsgründen scheitertIn 10 ns legt das Signal 3 m zurück (in 1 µs 300 m) Nur die Satellitenuhren sind untereinander synchronisiert, Empfängeruhr hat Ablage gegenüber Systemzeit
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Grundprinzip der Satellitennavigation
Empfänger misst δti , woraus sich nicht ρi = c δti , sondern ρi = c δti - δTR ergibtEmpfang von 4 Satellitennavigationssignalen δt1, δt2, δt3, δt4
Aus der Laufzeit werden 4 „pseudo ranges“ bestimmt ρ1, ρ2, ρ3, ρ4
Bestimmung der 3 Orts-Unbekannten und der Zeit-Unbekannten
XR, YR, ZR, δTR
Bestimmung der 3 Orts-Unbekannten und der Zeit-Unbekannten
XR, YR, ZR, δTRρ1
ρ2 ρ4ρ3
Navigationsgleichung
[ ] [ ] [ ]
[ ] [ ] [ ]
[ ] [ ] [ ]
[ ] [ ] [ ]
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2
3
4
2 2 21 1 1 1
2 2 22 2 2 2
2 2 23 3 3 3
2 2 24 4 4 4
SAT SAT SAT
SAT SA
R R
T SAT
SAT SAT SAT
SAT S
R R
R R R R
R R R R
R RAT S RAT R
c X Y Z c
c X Y Z c
c X Y Z c
X Y Z T
X Y Z T
X Y Z T
c X Y Z c
t
t
t X Y Z T
t
ρ δ
ρ δ
ρ δ
ρ
δ
δ
δ
δ δ
− − −
− − −
− − −
− − −
⋅ = = − + − + − +
⋅ = = − + − + − +
= = − + − + − +
⋅ = = − + − + − +
⋅
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Grundprinzip der Satellitennavigation: Herausforderungen
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Grundprinzip der Satellitennavigation: Fehlerbudget GPS
Segment source Error source 1σ error [m]
Satellite clock stability 3.0Predictability of satellite perturbations 1.0Selective availability --Other (thermal radiation, etc.) 0.5Ephemeris prediction error 4.2Other (thruster performance, etc.) 0.9Ionospheric delay 5.0Tropospheric delay 1.5Receiver noise and resolution 1.5Multipath 2.5Other (interchannel bias, etc.) 0.5
System UERE Total (rms) 8.0
User
Control
Space Galileo-Anspruch
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Grundprinzip der Satellitennavigation: Anordnung der Satelliten
Günstiges Szenario
Unsicherheit durch Fehler
Schlechtes Szenario
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Europa entwickelt Galileo
Die zunehmende Abhängigkeit der Wirtschaft vom Infrastrukturelement „Globale Satellitennavigation“ wird wahrgenommenGPS ist ein technologischer und ökonomischer Faktor gewordenGPS ist jedoch ein militärisches System unter der Hoheit des DoDEuropa muss die Kontrolle über ein entsprechendes System und über dessen Entwicklung erlangen
Europa entscheidet sich dafür, mit Galileo ein unabhängiges, kompatibles und komplementäres System aufzubauenZiele von Galileo:
Galileo bietet Integrität(sinformation) und ServicegarantienGleichzeitige Nutzung mehrerer Frequenzbänder reduziert Ionosphärenfehler und verbessert GeanuigkeitHöhere Sendeleistung erlaubt besseren EmpfangHybride Empfänger (GSP+Galileo) können doppelte Satellitenzahl nutzen
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Europa entwickelt Galileo
Erste SchritteDez. 1999: ESA und EU beschließen Galileo 26. Mai 2003: Endgültige Regelung der Finanzierung
Public Private Partnership
Kandidaten für die Konzession
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
GJU: Entwicklung und IOV
Konzessionär: Aufbau + FOC Betrieb1.1 Mrd €
2.1 Mrd €
iNavsatEADS, Inmarsat, Thales
EurelyAlcatel, Finmeccanica,…
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Aufbau von Galileo: Konstellation und Satelliten
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Constellation:• 30 identical satellites (27 active / 3 reserve)• 3 MEO orbit planes• Axis 29 993.707 km• Inclination 56°• One revolution 14 h 22 min• Ground track repeats in 10 days
Satellite data [tbd]:• Weight 680 kg• Power 1.6 kW• Navigation payload 115 kg/750 W• Mass SAR transponder: 20 kg• Life span 15 a
Launched by:Ariane (8 Sats), Sojus (2 Sats),Proton (6Sats), tbd
1,1 m
2,7 m
1,2 m
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Aufbau von Galileo: Bodenstationsnetz
Vermessen der Satellitenbahnen, verfolgen der UhrenKorrekturen an die Benutzer mitteilenSatellitensteuerung und Unterhalt (Bahnen, Uhren, Sonnenkollektoren, Antennen,…)
Navigations-Signal
Daten,Kontrolle
Master Control StationMonitorBodenstation
Monitor
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Aufbau von Galileo: Bodenstationsnetz
Port Moresby
Noumea
Note.: Utilization of the locations is matter of ongoing assessment
Yellowknife
VancouverSt. Pierre
Santiago
Kourou
Rio
Galapagos
Santiago
Libreville
Toulouse
Kiruna Magadan
Papeete
KerguelenNew Norcia
Djibouti
Krasnoyarsk
Hartebees.Reunion
Trivand.
Fidji
Masuda
CanberraRio Grande
East-Isl.
Dichtes Netz, um eine enge Verfolgung der Satelliten zu ermöglichen
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Aktivitäten des DLR-Instiuts für Kommunikation und Navigation für Galileo
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Entwicklung von GalileoSatellitenuhren (Cs, Rb) und globale SynchronisationBeobachtung und Modellierung der Ionosphäre (abhängig von der Sonnenaktivität) und Troposphäre (abhängig vom Wetter)Erfassung der Mehrwegeausbreitung: Messung und Modellierung
Validierung von System und SignalenNavSim-SimulatorHardware-SignalgeneratorAntennenmessplatz
Empfängerentwicklung2nd GJU-Call: Mass Market Receiver, Safety of Live Receiver
AnwendungenSafety of Life (Luftfahrt, Schiene etc.), VerkehrKombination von Galileo/GPS mit weiterer Sensorik
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DLR-Aktivitäten Galileo: Messkampagne Mehrwegeausbreitung
Messfahrzeug
Bandbreite: 100 MHzFrequenzbereich 1460-1560 MHzLeistung: 10W EIRP
„Satellit“
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DLR-Aktivitäten Galileo: Verifikationsnetzwerk GATE
GSTB-V2 Satellit.
Galileo Satelliten
Galileo SIS
GATE SIS
Mission Planning MCS
Operational
DatabaseGSTF ARCSPRF
GATE Control Centre
GATE Abdeckungs-bereich
Mon.
Rb
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Berchtesgaden
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Dienste-Strukturen für Galileo
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Open Service (OS)Unverschlüsseltes Signal, gemeinsame Frequenz mit GPS (L1), ein weiteres Frequenzband mit 24 oder 48 MHz
Safety of Life Service (SoL)Zusätzliche Integritätsinformation, gleiche Frequenzbänder wie OS
Commercial Service (CS)Drei Frequenzbänder, davon zwei überlappendCS wird der Konzessionär definieren müssen
Public Regulated Service (PRS)Zwei separate Frequenzbänder für Zivilschutz und nationale Sicherheit
Search-and-Rescue Service (SAR)Notruf mit Rückkanaleventuell Satelliten-Messaging Dienst