Messmethoden und Funktionalitäten für standortbezogene Dienste

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1 Prookolleser Prookolleser R&S CRTU-G Messmehoden und Funkionaliäen für sandorbezogene Diense 43667/2n Mi der Möglichkei, die Posiion eines Mobilelefons besimmen zu können, lassen sich eine Vielzahl ineressaner Anwendungen realisieren, die uner dem Begriff sandorbezogene Diense (Locaion Services, LCS) zusammengefass sind. Diese Diense sellen den Anwendern geziel orsbezogene Informaionen dor zur Verfügung, wo diese sich gerade mi ihrem BILD 1 Der GSM-Prookoll-Analysaor R&S CRTU-G beherrsch alle Funkionen und Messungen, die im Zusammenhang mi sandorbezogenen Diensen in Mobilfunknezen aufreen. Handy befinden. Bei Nez bereibern und Hersellern von Mobil elefonen enseh durch diese neuen echnischen Möglichkeien zusäzlicher Tesbedarf, den der GSM-Prookoll-Analysaor R&S CRTU-G (BILD 1) komple abdeck. Neue Sofware-Opion zu den Prookollesern R&S CRTU-G /-W: siehe auch Seie 22. Was sind sandorbezogene Diense? Uner sandorbezogenen Diensen verseh man außer Norufkonzepen, wie sie die Federal Communicaion Commission (FCC) vorschreib, auch Anwendungen in den Bereichen Wareneinkauf und -lieferung, öffenlicher Personenverkehr und Tourismus. Beispielsweise die geziele Abfrage lokaler Informaionen per Handy auf die Fragen: Was bekomme ich wie am jeweiligen Or? is nich nur für Konsumenen von Bedeuung, sondern auch für die Anbieer von Waren und Diensleisungen. Ähnliches gil auch für den Bereich öffenliche Verkehrsmiel: Die Problemaik, welchen Bus man für ein besimmes Fahrziel benöig, und wo die richige Haleselle is, ließe sich dami elegan lösen. In Verbindung mi Mobile Commerce wäre auch das Lösen einer Fahrkare möglich, ohne sich mi den Eigenheien des jeweiligen Verkehrsverbundes auseinandersezen zu müssen. Ähnliche Anwendungen sind auch in der Tourismusbranche denkbar. Orsbezogene Informaionen zu Sehenswürdigkeien, Hoels, Freizeiangeboen, Resaurans und vielem mehr, wären nur einen Knopfdruck enfern und können poenziellen Kunden geziel auf deren Handy-Displays präsenier werden. Um sandorbezogene Diense anbieen zu können, muss die Posiion des Ineressenen möglichs genau bekann sein und ein Mechanismus zur Abfrage der Posiion sowohl in das Mobilelefon als auch in das Nezwerk inegrier sein. Der Kasen auf der nächsen Seie zeig die verschiedenen Möglichkeien zur Besimmung der Posiion von Handys. 17 Neues von Rohde&Schwarz Hef 178 (23/II)

2 Prookolleser LCS erforder die Posiionsbesimmung von Handys Die FCC definiere in Phase I ihres Norufkonzepes E911 ein Verfahren für die Posiionsbesimmung, bei dem das Mobilelefon lediglich einer Basissaion zugeordne wurde. Eine Aussage über die Orungsgenauigkei ließ sich dabei aufgrund der verschieden Zellengrößen generell nich reffen, die Posiionsbesimmung war ensprechend ungenau. In Phase II definiere die FCC präzise Anforderungen an die Orungsgenauigkei und unerschied zwei Mehoden: 1. Auarke Posiionsbesimmung im Mobilelefon Eine Möglichkei zur Posiionsbesimmung von Mobilelefonen biee das Global Posiioning Sysem (GPS). Es verwende mindesens 24 Saellien, die in einer Höhe von 22 km in 12 Sunden einmal um die Erde kreisen. Für eine Posiionsbesimmung in drei Dimensionen is der Empfang von vier Saellien erforderlich. Im Telefon muss ein GPS-Modul vorhanden sein, das die GPS-e empfäng und auswere. Die Posiionsdaen müssen dann vom Handy über einen isierungskanal zur Basissaion gesende und dor verarbeie werden. Diese Mehode heiß Assised GPS (A-GPS), eine Unersüzung durch das Nezwerk is nich erforderlich. Die Orungsgenauigkei muss nach den FCC-Besimmungen in 67% aller Anrufe bei 5 m und in mindesens 95% aller Anrufe bei 15 m liegen. Das Verfahren biee eine sehr hohe Genauigkei, wenn eine direke Verbindung zu den Saellien beseh. Is dies nich der Fall, z.b. in Gebäuden, kann es keine Posiionsdaen liefern. 2. Nezwerkbasiere Posiionsbesimmung Sollen sandorbezogene Diense auch in Gebäuden zur Verfügung sehen, muss man auf andere Mehoden zur Posiionsbesimmung zurückgreifen, z.b. auf das Ausweren von en, die von den Basissaionen gesende werden. Für die nezwerkbasiere Posiionsbesimmung definiere die FCC eine Orungsgenauigkei von 1 m bzw. 3 m. Für diese Verfahren, die eine Ar Kreuzpeilung von mindesens drei Basissaionen verwenden, gib es zwei Möglichkeien. a) Messung der laufzei zwischen dem Mobilelefon und jeder der Basissaionen Bei dieser Mehode könne ein Mobilelefon die von drei Basissaionen empfangenen e unverzüglich an diese zurücksenden und die Basissaionen anschließend die Laufzeimessungen durchführen. Da die Laufzeien zwischen Mobilelefon und den Basissaionen proporional zur Enfernung sind, ergeben sich Posiionskreise um die drei Basissaionen, an deren Schnipunk sich das Mobilelefon befinde (BILD 2). Da jedoch jedes Mobilelefon unerschiedliche Prozesszeien vom Empfang eines s bis zum Zurücksenden benöig und diese dem Nezwerk nich bekann sind, und außerdem dieses Verfahren sehr viele Frequenzressourcen beanspruch, is es in der Praxis nich durchführbar. b) Das E-OTD-Verfahren Ungleich effiziener arbeie dagegen das E-OTD-Verfahren (Enhanced Observed Time Differences). Bei dieser Mehode miss das Mobilelefon die Empfangszeipunke der von den Basissaio nen kommenden e und sende diese Daen anschließend an die Basissaionen zurück, wo die Laufzeidifferenzen zwischen den einzelnen en ermiel werden. Um die bekannen Posiio nen der Basissaionen ergeben sie hyperbolischen Kurven, welche sich an dem Punk schneiden, an dem sich das Mobilelefon befinde (BILD 3). Orungsgenauigkei beim E-OTD-Verfahren Die Genauigkei der Laufzeimessung beim E-OTD-Verfahren häng sark von der Posiion der Basissaion und von der Qualiä des empfangenen s ab. Die asächliche Posiion des BILD 2 Posiion des Handys BILD 3 D 1 Posiion des Handys T 3 T 2 D 3 D 2 D 1 D 2 D 3 TDOA 1 2 T 1 TDOA 3 1 Neues von Rohde&Schwarz 18 Hef 178 (23/II)

3 zwei Mehoden im Vergleich Prookolleser R&S CRTU-G: gewappne für alle Tess BILD 4 Wahrscheinlichkei,7,6,5,4,3,2,1 5 BILD 5 Mobilelefons in BILD 4 befinde sich uner idealen Messbedingungen, d.h ohne Messfehler, am Kreuzungspunk der gemessenen Hyperbole (gesrichel dargesell). Bezieh man die Messfehler ein, so erweiern sich die Hyperbole zu Korridoren, deren Schnifläche die Form einer Ellipse ha. Die Ellipse enseh aus einer dreidimensio nalen Gaußkurve der Wahrscheinlichkeisvereilung der einzelnen Messwere die man mi einer Ebene schneide. Somi kann man aussagen, dass die Messergebnisse mi einer Wahrscheinlichkei, die sich aus der Wahrscheinlichkeisvereilung der einzelnen Messwere ergib, innerhalb der Ellipse liegen (BILD 5). Tasächliche Posiion Y-Achse Messfehler 5 5 Bereich der wahrscheinlichen Posiion X-Achse 5 A-GPS oder E-OTD? Die Ausführungen machen deulich, dass sich der Aufwand für Nezwerkbereiber im Fall der Verwendung von A-GPS auf das Bereisellen von Diensleisungen und Applikaionen beschränk. Die Voreile dieses Verfahrens liegen dami klar auf der Hand: Eine deulich höhere Genauigkei bei der Posiionsbesimmung und der geringere Aufrüsungsaufwand. GPS is jedoch nich für die Nuzung in Gebäuden konzipier, es liefer dor keine Ergebnisse. In diesem Fall muss man auf E-OTD ausweichen. Für dieses Verfahren muss ein ensprechend opimieres Nezwerk zur Verfügung gesell und die Möglichkei der Posiionsbesimmung inegrier werden. Dies erforder einen erhöhen Aufwand bezüglich Sofund Hardware. Eine kombiniere Lösung wird allen Anforderungen gerech, vergrößer den Aufwand aber weier. Die künfige Enwicklung wird sark davon abhängen, ob die Möglichkei zur Navigaion den Schwerpunk bilden wird oder ob sich die Anwender von der Vielzahl neuer Diense begeisern lassen. Die Herseller von Mobilelefonen werden sich wohl mi beiden Technologien anfreunden müssen, denn manche Nezbereiber sezen im ersen Schri auf A-GPS, andere jedoch auf E-OTD. Da es in Nezen mi E-OTD kaum ein Zusazaufwand is, auch A-GPS zu implemenieren, kann man wohl davon ausgehen, dass diese Bereiber ein duales Sysem mi beiden Verfahren anbieen werden. Bei Mobilelefon-Hersellern und Nezbereibern enseh Bedarf für isierungsess von LCS-Nachrichen und das Messen der Orungsgenauigkei. Der Prookolleser R&S CRTU-G [1] deck alle diese Anwendungen ab. Als Sand-alone- Gerä liefer er zwei unabhängige und frei konfigurierbare HF-Kanäle. Die meisen LCS-Anwendungen benöigen jedoch mehr als zwei Kanäle, so dass man mehrere R&S CRTU-G bzw. R&S CRTU-S kaskadier und so ein Sysem für bis zu ach HF-Kanäle zur Verfügung seh. Der R&S CRTU-S is als preiswere Alernaive zum Einsaz in Mehrkanalsysemen konzipier. In diesen Sysemen, die aus mindesens einem R&S CRTU-G und bis zu drei weieren R&S CRTU-G/S besehen, fungier ein R&S CRTU-G als Maser, der die reslichen kaskadieren Prookolleser als Slaves anseuer. Jeder Slave liefer zwei weiere unabhängige Kanäle. Der Anwender profiier dabei von den in die Prookolleser inegrieren HF-Combinern, welche die Kaskadierung ohne zusäzliche HF-Komponenen ermöglichen. Is der R&S CRTU-G/S mi der Opion R&S CRTU-B7 ausgesae, so seh ein zweikanaliges IQ-ZF- für Fading- Anwendungen mi dem Fading-Simulaor R&S ABFS zur Verfügung, der in dieser Kombinaion bereis kalibrier is (BILD 6). Der R&S ABFS wird dabei vom Prookolleser geseuer. isierungsess mi dem Prookolleser R&S CRTU-G Das konsequene Sofware-Konzep im R&S CRTU-G erlaub es, neue Funkionen einfach durch die Insallaion von Sofware-Opionen zu akivieren. Mi der Opion R&S CRTU-GA1 sell der Prookolleser die isierungsnachrichen berei, die für die Tesfälle in der Neues von Rohde&Schwarz 19 Hef 178 (23/II)

4 Prookolleser Tesspezifikaion 3GPP 51.1 erforderlich sind und unersüz dabei sowohl A-GPS als auch E-OTD. Es beseh die Möglichkei, eigene Tesfälle zu enwickeln oder auf die Tesfallpakee R&S CRTU-GC1 und R&S CRTU-GC11, die offizielle 3GPP- Tesfälle abbilden, zurück zu greifen. Rohde&Schwarz liefer derzei mi den Pakeen R&S CRTU-GC1 und R&S CRTU-GC11 Tesfälle aus den Sekionen 7.2, 7.4, 7.7. Dabei benöigen die Tesfälle in R&S CRTU-GC1 nur ein Zweikanalsysem (R&S CRTU-G sandalone), für R&S CRTU-GC11 sind bis zu fünf Kanäle erforderlich. An weieren isierungsesfällen wird inensiv gearbeie. Sämliche Tesfälle sind in allen vom Prookolleser unersüzen Frequenzbändern lauffähig (85 / 9 / 18 / 19 MHz). Für den Berieb der Opion R&S CRTU-GA1 im 85-MHz-Band is die Sofware-Opion R&S CU-GA85 erforderlich. Sie mach den Prookolleser besonders auch für den amerikanischen Mark arakiv, der auf den Frequenzbändern 85 MHz und 19 MHz reibende Kraf im LCS-Segmen is. Messung der Orungsgenauigkei BILD 6 Fading-Simulaion mi dem R&S ABFS und dem R&S CRTU-G / S. Bei der Messung der Orungsgenauigkei bewähren sich die hervorragenden Hardware-Eigenschafen der Mehrkanalsyseme mi mehreren Prookollesern R&S CRTU-G/S [2]. Zur Simulaion der Bewegung des Mobilelefons muss mindesens ein HF- zeilich verschoben werden, während die beiden anderen zeilich konsan bleiben können. Diese Verschiebung bewirk einen geänderen Schnipunk bei der Triangulaion, was einer neuen Posiion des Mobilelefos im Nezwerk gleichkomm. Die Mehrkanalsyseme erlauben die genaue zeiliche Verzögerung eines es bezogen auf eine inerne Referenz. Bereis ohne zusäzliche korrigierende Sofware läss sich ein HF-Kanal mi einem maximalen Timing-Fehler von 5 ns generieren. Bei Verwendung der Sofware- Opion R&S CRTU-GA2 läss sich dieser Fehler auf <5 ns verringern. Dies gil für GMSK- wie auch für 8PSK-Träger. Die Prookolleser R&S CRTU-G/S können bei Verwendung der R&S CRTU-GA2 das Timing der Kanäle mi Schriweien von <5 ns verschieben (BILD 7). Dami lassen sich die hohen Anforderungen der 3GPP-Tesspezifikaion ohne zusäzliche Messausrüsung schon alleine mi den R&S CRTU-G/S erfüllen. Die erzielbare Genauigkei dieser Verschiebung is mi und ohne Verwendung von R&S CRTU-GA2 gleich und lieg bei einem Wer von <5 ns (BILD 8) Die meisen LCS-Szenarien benöigen zwei oder mehr HF-Kanäle, was sich mi einem R&S CRTU-G/S-Mehrkanalsysem realisieren läss. Durch die Verwendung eines zweien Kanals enseh ein zeilicher Offse, der durch Gaerlaufzeien beding is. Diese Zeioffses sind konsan und wirken sich nur bei der absoluen Bewerung der Laufzeidifferenzen des Mobilelefons aus, bei einer zeilichen Verschiebung eines HF-s kann diese mi einem Fehler von <5 ns gemessen werden (BILD 9). Saische oder dynamische Posiionsmessungen IEC-Bus I Q R&S CRTU-G / S R&S ABFS Bei den Posiionsmessungen unerscheide man zwischen saischen und dynamischen. Bei den saischen Posiionsmessungen generier man miels eines Mehrkanalsysems ein Szenario mi mindesens vier HF-Kanälen der Mindeskonfiguraion, um die Posiion eines Handys messen zu können. Mi einem solchen Sysem lassen sich ein TCH und drei BCCH generieren. Das Mobilelefon miss die Empfangszeipunke der einzelnen BCCH-Kanäle und sende die Ergebnisse auf dem TCH an das Tessysem zurück. Die vom Mobilelefon gemessenen Were können mi den realen, vom 2 Neues von Rohde&Schwarz Hef 178 (23/II)

5 Tessysem generieren Zeipunken verglichen und die Genauigkei der Posiionsbesimmung des Mobilelefons geprüf werden. Da die Messung der Empfangszeipunke miels Korrelaion erfolg, is die qualiä von großer Bedeuung. BILD 7 Absoluer Timing- Fehler im HF-Kanal mi und ohne Sofware-Opion R&S CRTU-GA2. Zeireferenz Gewünsches Verwende man sa der idealen e solche mi Fading-Eigenschafen, so kann dies weieren Aufschluss über die Qualiä der verwendeen Algorihmen liefern. Um das Fading auf die Kanäle des Mehrkanalsysems anzuwenden, benöig man zu jedem R&S CRTU-G/S eine IQ-ZF-Schniselle R&S CRTU-B7 und einen Fading-Generaor R&S ABFS. In allen Fällen muss die Posiion exak eingesell werden. Für die dynamische Posiionsbesimmung verwende man die gleiche Konfiguraion wie für die saische Unersuchung. Im Unerschied dazu versell man nun das Timing mindesens eines Trägers, wodurch sich das Telefon rechnerisch an eine andere geografische Posiion beweg. So is es möglich, das Mobilelefon auf einer beliebig definierbaren, reproduzierbaren Trajekorie zu bewegen und die Dynamik des Orungsmechanismus im Handy zu analysieren. Markus Hendeli BILD 8 Die erzielbare Genauigkei bei der Verschiebung des Timings der Kanäle is mi und ohne Verwendung von R&S CRTU-GA2 gleich. Anwenderdefinierer Zeiversaz im Tesszenario Messungenauigkei bei GMSK- und 8PSK-Trägern mi Sofware-Opion R&S CRTU-GA2: <±5 ns Messungenauigkei bei GMSK- und 8PSK-Trägern ohne Sofware-Opion R&S CRTU-GA2: <±5 ns Zei Gewünsches Gewünsches Erzeuges 2 Orungsunsicherhei des verzögeren s <5 ns shif Gewünsches Erzeuges Weiere Informaionen und Daenbla uner (Suchbegriff: CRTU-G) LITERATUR [1] GSM-Prookoll-Analysaor CRTU-G Wachablösung: Nach mehr als zehn Jahren ein neues GSM-Referenzsysem. Neues von Rohde&Schwarz (21) Nr. 171, Seie 4 8. [2] GSM-Prookoll-Analysaoren R&S CRTU-G / CRTU-S Mehrzellensyseme mi bis zu vier GSM-Zellen. Neues von Rohde&Schwarz (22) Nr. 176, S BILD 9 Die durch Gaerlaufzeien bedinge Zeioffses wirken sich nur bei der absoluen Bewerung der Laufzeidifferenzen aus. Gewünsches off 1 off 1 off 2 Erser HF-Träger Zweier HF-Träger auf dem gleichen R&S CRTU-G/S Zweier HF-Träger auf dem anderen R&S CRTU-G/S 21 Neues von Rohde&Schwarz Hef 178 (23/II)