GeoWerkstatt-Projekt des Monats März 2024
Projekt: 5GAPS: 5G Access to Public Spaces; 5G NR Positionierung
Forschende: Kai-Niklas Baasch
Projektidee: Ein digitaler Zwilling von Hannover, welcher verschiedenste Anwendungen (Navigation, Flächen- und Raum Nutzung & Mixed Reality) mittels 5G verzögerungsfrei zugänglich macht.
New Radio (NR), besser bekannt als 5. Mobilfunkgeneration (5G), ist der Nachfolger des als Long Term Evolution (LTE) bekannten Mobilfunkstandards. NR ist modular entwickelt und kann flexibel für unterschiedlichste Nutzungstypen zum Einsatz kommen: zum Beispiel für das Streamen von Videos (große Datenmengen senden und empfangen), für das autonome Fahren (schnelle Bereitstellung von Daten), für die Smart City oder Smart Factory (zuverlässige Verbindungen zu vielen Sensoren) oder auch für die Positionierung.
Wenn die eigene absolute Position ermittelt werden soll, ist die GNSS Lokalisierung (mit Satelliten) die verbreitete Lokalisierungsmethode, etwa wenn wir mit unserem Handy unseren Standort bestimmen. Wird das GNSS mit zusätzlichen Informationen unterstützt, ist der ermittelte Standort sogar oft auf wenige Zentimeter genau. Das funktioniert allerdings nicht, wenn die Sicht zum Himmel eingeschränkt ist, z.B. in Straßenschluchten mit Gebäuden auf beiden Seiten, oder innerhalb von Gebäuden, wo Decken den Empfang behindern oder gar nicht erst möglich machen. Der Grund hierfür ist, dass ein Signal, das nicht den direkten Weg zwischen Satellit und Empfänger zurückgelegt hat, länger unterwegs ist, als die reale Distanz zwischen Satellit und Empfänger lang ist. Daraus ergeben sich bei der Bestimmung der Position Fehler (mehr dazu: GeoWerkstatt Februar 2020 und März 2023) Eine Möglichkeit ist es, Signale hinzuzunehmen, die ohnehin in der Umgebung zu finden sind - zum Beispiel Mobilfunkantennen: Sie werden meistens dort verbaut, wo viele Menschen unterwegs sind, also in Städten oder an und innerhalb großer Gebäude, in denen sich viele Menschen versammeln, etwa in Bahnhöfen, Einkaufszentren, Messehallen oder Stadien. Zufällig alles Umgebungen, in denen die GNSS Positionsbestimmung aufgrund der oben beschriebenen Hindernisse Schwierigkeiten bereitet.
Kombination von GNSS und 5G in Hannover-Nordstadt:
An der Position des roten Kreuzes haben wir acht Stunden lang GNSS Signale gemessen. Bei der Auswertung der Position mittels eines Single Point Positioning (SPP) Algorithmus ergibt sich im Mittel die Position des roten Kreuzes. Wird nun bei jeder Positionsberechnung eine zusätzliche Entfernungsmessung zum gelb gekennzeichneten 5G Sender berücksichtigt, verschiebt sich die mittlere Positionslösung zum grünen Kreuz. Das liegt deutlich näher an der tatsächlichen Position (schwarzes Kreuz).
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ife
Innenraumanwendungen am Messegelände in Hannover:
Im Innenraum sind GNSS Signale oft gar nicht verfügbar und es muss komplett auf andere Signalquellen zurückgegriffen werden. Die Messe Hannover hat einige ihrer Hallen auch mit einem 5G NR Campus Netzwerk für den Innenraum ausgerüstet. Da sich die 5G NR Antennen im Gegensatz zu Satelliten nicht bewegen, kann die Genauigkeit der Positionsschätzung durch die Geometrie der Antennen aktiv beeinflusst werden. Die folgende Abbildung zeigt, wie sich die Positionsgenauigkeit verbessert, wenn lediglich die Antennen anders angeordnet werden.
