Innendørs GNSS ytelse og utfordringer. Jon Glenn Gjevestad Institutt for matematiske realfag og teknologi, UMB

Størrelse: px

Begynne med side:

Download "Innendørs GNSS ytelse og utfordringer. Jon Glenn Gjevestad Institutt for matematiske realfag og teknologi, UMB"

Ådne Fredriksen
6 år siden
Visninger:

1 Innendørs GNSS ytelse og utfordringer Jon Glenn Gjevestad Institutt for matematiske realfag og teknologi, UMB

2 Agenda Mobiltelefon (E911/E112) Kodemåling på svake signaler Multipath High Sensitivity GPS demo Konklusjon 2

3 Enhanced 911 (E911) Federal Communications Committee (FCC) gav i 1996 mandat til posisjonering via Public Safety Answering Points (PSAP). Hensikten med E911 er lokalisering av trådløse nødanrop fra f.eks. mobiltelefoner. 3

4 Fase 1 Krav om at alle E911 nødanrop fra mobiltelefon skal formidle telefonnummer samt den mottagende cellens posisjon til PSAP. Fase 2 Krav om at alle E911 nødanrop skal ha Automatic Location Identification (AIL) som beregner telefonens posisjonen på bakgrunn av avstander til flere omkringliggende basestasjoner (celler). Nøyaktighet: 100m (67%), 300m (95%) Tid for å beregne posisjon: 20 sekund (GSM) 4

5 Fase 2 (modifisert) I 1999 modifiserte FCC mandatet for fase 2 til å inkludere trådløs lokalisering og identifisering basert på Assisted GPS (AGPS) Nøyaktighet: 50m (67%), 150m (95%) Tid for å beregne posisjon: 16 sekunder (CDMA) 5

6 Perspektiv 800 millioner trådløse enheter med potensiale for GPS i Dette setter nye krav til ytelsen ved posisjonsbestemmelse innendørs Nær instantan posisjonsbestemmelse Veldig lavt strømforbruk Utviklere av GNSS mottakere må tenke nytt i alt fra design av RF enhet til algoritmer for beregning av posisjon 6

7 Måle på svake signaler I følge IS-GPS-200 spesifikasjonene skal C/A koden på L1 kunne mottas på jordoverflaten med en effekt på minimum dbw Konservative modeller viser at signaltapet inne bygninger kan nå 2.9 db pr. meter. GNSS mottakeren må derfor kunne måle på signaler med effekt i området fra -160 dbw ned mot -200 dbw. Dette utgjør en formidabel utfordring når egenstøy for en typisk mottaker er -131dBW ved romtemperatur. 7

8 Kodemåling En kodemottaker vil søke etter det innkommende signalet i to dimensjoner: Kodefaseforsinkelse og Dopplerfrekvens. Kodefaseforsinkelse C/A koden som inneholder 1023 bit sendt med en rate på 1023 Mb/s og repeterer seg hvert millisekund. Mottakeren må finne det riktige tidsinterval av alle de 1023 mulighetene. De fleste mottakere vil dvele et par millisekund ved hvert steg, dvs. det tar 1-2 sekund og prøve ut alle mulighetene. 8

9 Doppler frekvens Mottakeren må korrigere for unøyaktigheter i den tilsynelatende Dopplerfrekvensen. Det groveste steget en mottaker kan ta under oppstart er 500 Hz (Nyquist rate). Mottakerens lokale kvartsoscillator kan være feil med +/- 10 khz. Det må derfor testes ca. 20 ulike frekvenser. Søkeprosessen må gjøres for alle N satelliter som skal brukes. Søkeprosessen kan derfor være ganske ressurskrevende 9

10 10

11 Kodemåling En tradisjonell mottakere vil under oppstart initiere sin lokale oscillator på følgende informasjon: Hva er min tilnærmede posisjon? Siste kjente posisjon eller ved inntasting Hvor er satellittene? Almanakk lagret i minne Hva er den beste antagelse om lokal oscillator? Siste kjente oscillatoroffset og -drift 11 En integrasjonstid på 1 ms vil være tilstrekkelig (jmf. C/A kodens repetisjonstid) fordi korrelasjonstoppen er over støynivået i det innkommende signalet.

12 12

13 Kodemåling Løsning Utvide korrelasjonsperioden (dvs. øke integrasjonstiden). Støyens båndbredde (og dermed støyeffekten) reduseres omvendt proporsjonalt med integrasjonstiden. Utfordringer Dersom integrasjonstiden dobles, så dobles også tidsforbruket for å søke en gitt Dopplerfrekvens. I tillegg dobles antall Dopplerfrekvenser som må søkes. 13 Dette gir totalt en firedoblet økning i søketid

14 Utfordringer Den økte integrasjonstiden vil interferere med navigasjonsmeldingen som sendes med 50 bit/s Lavt signal/støyforhold gjør det umulig å dekode navigasjonsmeldingen Navigasjonsmeldingen må formidles via en ekstern kanal (f.eks. mobiltelefonens datakanal). Eksperimenter viser at ytelser ned mot dbw kan oppnås med en integrasjonstid på 256 ms. 14

15 15

16 Multipath Utendørs vil GNSS mottakeren oppleve multipath der det reflekterte signalet er svakere enn det direkte signalet Innendørs vil GNSS mottakeren oppleve at refleksjonene er kraftigere enn det direkte signalet det direkte signalet kan faktisk være helt fraværende Antagelsen om at korrelasjonstoppen ikke flytter seg ved påvirkning av multipath er ikke lenger gyldig Man må utvike helt nye metoder for undertrykkelse av multipath innendørs 16

17 17 GNSS-2 forbedringer Signaleffekt GPS L2C har samme effektnivå som L1 (L5 vil være 6dB sterkere) GALILEO har økning i alle signaler: E1 (+5dB), E5 (+8dB) og E6 (+5dB). Dataløse kanaler GPS L5 og alle GALILEO kanaler har dataløse kanaler uten navigasjonsmelding Lengre koder Demper krysskorrelasjonen mellom kodene. Non-BPSK signaler (BOC/MBOC) Mer robust mot multipath og en enklere separering av multipathkomponenter.

18 Konklusjon Effektiv innendørs posisjonsbestemmelse krever at mottakeren kan følge signaler fra -180dBW ned mot -200 dbw Nøkkelen til innendørs GNSS er lang integrasjonstid Søketiden øker kvadratisk med integrasjonstiden Mottakeren vil ha behov for så mye hjelp som mulig ved innendørs posisjonering (dvs. den må basere seg på ekstern informasjon - AGPS) 18

Like dokumenter

Teknostart prosjekt 2010 for Kommunikasjonsteknologi. Posisjoneringstjenester for mobiltelefon

Teknostart prosjekt 2010 for Kommunikasjonsteknologi Posisjoneringstjenester for mobiltelefon 1. Innledning Posisjoneringstjenester har utallige anvendelsesområder. I denne oppgaven skal det brukes en