Metody lokalizacji w sieciach telefonii komórkowej USŁUGI LOKALIZACYJNE Część II Metody lokalizacji w sieciach telefonii komórkowej Piotr Skulimowski Piotr Wiśniewski Szymon Denuszek Wiktor Bartczak

Podział metod lokalizacji stosowanych w sieciach telefonii komórkowej Kryterium – mierzona wielkość fizyczna Metody oparte na pomiarze mocy sygnału Metody oparte na pomiarze czasu propagacji sygnału Metoda AOA (Angle of Arrival) Kombinacje powyższych metod

Podział metod lokalizacji stosowanych w sieciach telefonii komórkowej Kryterium – miejsce, gdzie odbywa się pomiar Network based Terminal based

Prezentowane metody Metoda pomiaru mocy sygnału CGI+TA (Cell Global Identity + Timing Advance ) TDOA (Time Difference Of Arrival) E-OTD (Enhanced - Observed Time Difference)

Wstęp Techniki lokalizacji używane w sieciach komórkowych opierają się na modyfikacji sieci, nie terminali abonentów. Wszystkie zmiany w sieci muszą być niewidoczne dla abonenta. Główna zaleta – kompatybilność wstecz. Główna wada – użytkownik nie kontroluje, kiedy i przez kogo jest lokalizowany, nie może wyłączyć tej funkcji (oprócz metod terminal based).

Wstęp Motywacja do rozwoju metod lokalizacyjnych w telefonii komórkowej (mobile positioning techniques): Rozwój usług lokalizacyjnych w sieciach komórkowych Wymagania FCC (Federal Communications Commision) co do możliwości lokalizacji abonenta. Z prawdopodobieństwem 67% powinno być możliwe określenie położenia terminala z dokładnością 100 m dla rozwiązań opartych na aplikacjach sieciowych, 50 m dla rozwiązań wbudowanych do terminala.

Wstęp Dokładność wszystkich metod lokalizacyjnych jest mniejsza w obszarach zabudowanych. Przyczyny to: Stacja bazowa nie widzi bezpośrednio terminala, pomiar długości drogi propagacji sygnału, nie odległości terminala od BTS (szczególnie podatne metody oparte o pomiar czasu) Zjawisko propagacji wielodrogowej

Wstęp Przykład propagacji LOS (Line-Of-Sight) i NLOS (Non-Line-Of-Sight) w obszarze miejskim.

Metoda pomiaru mocy sygnału Problem – na długości równej połowie długości fali moc może zmieniać się o 30-40 dB.

Cell Global Identity + Time Advance CGI – unikalny identyfikator dla każdego sektora komórki w sieci TA – pomierzony przez BTS czas pomiędzy początkiem szczeliny a dotarciem paczki danych z terminala

Cell Global Identity + Time Advance Dokładność metody zależy od: Odległości terminala od stacji bazowej (im bliżej tym dokładniejsza lokalizacja) Promienia komórki Wielkości sektora Technika najmniej dokładna, ale nie wymagająca modyfikacji sprzętu ani software’u.

Time Difference of Arrival (TDOA) LMU – Location Measurement Unit UL-TOA – Uplink Time of Arrival MLC – Mobile Location Server

Time Difference of Arrival (TDOA) Metoda kosztowna dla operatora (instalacja LMU i odbiorników GPS w każdej BTS, połączenie z MLC). Wynik nieprecyzyjny, gdy terminal nie jest widziany przez minimum 4 stacje bazowe. Dokładność ok. 50 m w obszarach wiejskich i 150 m w miastach. Przykłady: systemy firm True Position, SigmaOne, Grayson Wireless (w analogowych sieciach AMPS i cyfrowych GSM 1800, CDMA IS-95).

Różnice między TOA a TDOA TOA – czas propagacji sygnału od terminala do BST TDOA – różnica tych czasów dla dwóch BST TOA – szukamy przecięcia okręgów TDOA – szukamy przecięcia hiperbol

Enhanced–Observed Time Difference (E-OTD) LMU – Location Measurement Unit OTD – Observed Time Difference MLC – Mobile Location Server

Enhanced–Observed Time Difference (E-OTD) Zwiększone wymagania wobec terminali, ale modyfikacja jedynie software’u terminala. Dokładność ok. 60 m w obszarach wiejskich i 200 m w miastach. Metoda tańsza dla operatora od TOA/TDOA. Firma Cambridge Positioning System osiągnęła dokładność 5 m implementując system E-OTD w sieci UMTS.

Porównanie omawianych metod

Źródła informacji M. Berg „Performance of mobile station location methods in a manhattan microcellular environment” E. Fallon „Dublin Bus Tracking Service. Design and implementation of a device indepedent passenger information system” P. Bahl „User location and tracking in an in-builduing radio network” J. Laehteenmaeki „Mobile Location Methods” J. Caffery, G. Stueber „Overwiev of radiolocation in CDMA cellular systems”