Navigation: So funktioniert AGPS
Standortvorteil
Navigationssatelliten können wie launische Freunde sein: Mal besteht zu ihnen inniger Kontakt, beim nächsten Mal ist die Verbindung eher bescheiden. Bei Freunden mag diese ignorante Haltung vielleicht nur ärgerlich sein, beim Navigieren nervt solch ein Kontaktverhalten jedoch extrem. Eigentümer mobiler Navis können ein Lied davon singen.
- Standortvorteil
- Mobilfunker haben die Nase vorn
- Was die Navi-Hersteller tun
- Missing Link: Denkbare Anwendungen
- Kleines Lexikon der Navigation
Es beginnt beim Einschalten: Elektronische Scouts checken unverzüglich, von welchen Satelliten sie Signale empfangen. Die Zeit, die bis zur ersten Positionsbestimmung vergeht, nennt man "Time to first fix" (TTFF).
Bei klarem Himmel und guter Rundumsicht hat der eingebaute GPS-Empfänger die Informationen meist in 40 bis 45 Sekunden überprüft. Anhand der Satellitendaten bestimmen Navis dann den eigenen Standort; ist er definiert, geht's an die Routenberechnung.
Sobald man aber in Straßenschluchten unterwegs ist oder der Himmel sich wolkenverhangen zeigt, können die Satellitenchecks dauern, manchmal tut sich auch gar nichts. Der Grund: Fürs GPS-System umrunden derzeit 31 amerikanische NAVSTAR- Satelliten die Erde. Damit GPS-Empfänger weltweit zu immer mindestens vier von ihnen Kontakt herstellen können, müssen 24 davon aktiv sein.
Neuere Navis: Flotter, aber keine Bestzeit
Bis Navis aber die geeigneten Signale herausgefiltert haben, vergeht bei mäßigem Empfang schon mal etwas Zeit. Bei älteren Lotsen dauern die Arbeitspausen bisweilen sogar minutenlang - in dieser Zeit können sie keine Routen berechnen. Los geht's erst, wenn der GPS-Empfänger die Signale mehrerer Satelliten identifiziert hat.
Neuere Navis sind aufgrund ihrer höheren Empfindlichkeit zwar viel flotter, doch auch sie bestimmen die Position nicht immer in Bestzeit. Das ist übrigens einer der wenigen Nachteile gegenüber Festeinbau-Navis. Diese speichern die jeweils letzte Position ab und wissen nach dem Einschalten daher genau, wo sich das Fahrzeug befindet.
Aufgrund ihrer Tachoanbindung, eingebauter Sensoren und exakter digitaler Karten meistern gute Festeinbau-Navis selbst die ersten Kilometer neuer Routen ohne Satellitenempfang. Mobile Navigationsgeräte merken sich zwar meist ebenso den letzten Standort, brauchen zur Navigation aber zwingend Infos aus dem All.
Denn sie können zwar die letzte Position anzeigen, ohne aktualisierte Daten aber keine Route planen. Der Grund: In der Zwischenzeit könnte das Navi - ohne selbst aktiv gewesen zu sein - etwa von Dresden nach Frankfurt gereist sein. Erst aktuelle Signale bestätigen den Aufenthaltsort.
Signalflut aus dem Orbit
Navi-Hersteller versuchen daher, die Identifizierung der Signale zu beschleunigen; Ziel ist die Standortbestimmung in Sekundenschnelle. Und da immer mehr Handys Navi-Aufgaben übernehmen, beschäftigen sich nicht nur Tomtom und Co. intensiv mit diesem Thema, sondern auch Nokia oder Sony Ericsson. Ihr Vorteil: GPS-Handys empfangen nicht nur Daten, sondern können auch welche senden - dazu später mehr.
Plug-and-Play-Navis checken wie GPS-Empfänger in Festeinbau-Geräten oder Handys alle eingehenden Satellitensignale, um die eigene Position zu berechnen. Die Standortberechnung arbeitet dabei immer nach demselben Schema: Die GPS-Satelliten senden alle 30 Sekunden Infos zu Zeit und Standort, Datum, Identifikationsnummer und Korrekturen. Dabei wird der sogenannte C/A-Code ("Coarse/Acquisition") verwendet, der einmal pro Millisekunde übertragen wird.
Unterdessen schwirren die Erdtrabanten aber auf sechs Bahnen weiter um die Weltkugel. Das hat zur Folge, dass sich die Konstellation der empfangbaren Satelliten ständig verändert. Nur alle 23 Stunden, 55 Minuten und 56,6 Sekunden stehen sie wieder über demselben Punkt der Erde.
GPS-Empfänger: Mindestens 40 Sekunden
Um nun ihren eigenen Standort zu bestimmen, müssen GPS-Empfänger die geeigneten Daten aus dem Orbit fischen. Dazu sind in jedem Empfänger die Frequenzen und Codes aller aktiven GPS-Satelliten hinterlegt. Nach dem Einschalten vergleicht der Empfänger die Codes mit seinen gespeicherten Daten, bis ein Satellit identifiziert ist.
Sind mindestens vier Satelliten identifiziert, berechnen GPS-Empfänger anhand der Signallaufzeiten die eigene Position, Höhe und Geschwindigkeit, derzeit mit einer Genauigkeit zwischen zwei und 15 Metern. Um alle gespeicherten Satelliten-Infos abzuarbeiten, brauchen GPS-Empfänger schon bei guten Bedingungen rund 40 Sekunden - viel Zeit. Genau hier setzen die Navigationsspezialisten an.
Schneller dank AGPS
Die Technik, mit der die Spanne zwischen Einschalten und Positionsbestimmung reduziert wird, heißt "AGPS" (Assisted Global Positioning System). Man versteht darunter das Zusammenspiel des Global Positioning Systems mit einem Netzwerk wie GSM, UMTS, WLAN oder Mobilfunk. AGPS kombiniert also die Vorteile zweier oder mehrerer Systeme, um die Positionsbestimmung zu erleichtern.
Denn der Knackpunkt ist die gespeicherte Referenz-Datenmenge. Wie beschrieben, vergleichen alle GPS-Empfänger die eingehenden Signale mit den Codes der aktiven Satelliten. Tatsächlich empfangen können sie aber nur die Daten von deutlich weniger Satelliten, und für den Start benötigt werden ja nur vier. Bei mäßigen Bedingungen wird dennoch zum Teil mehrmals der ganze Katalog gescannt.
