A-GPS, Instantfix, Hotfix etc.

Das Problem

Das GPS-System erlaubt aufgrund der Signalart und der geringen Sendeleistung der Satelliten nur eine sehr geringe Datenübertragungsrate. Das ist zur Navigation absolut in Ordnung, da hierzu eigentlich keine Daten übertragen werden müssen.

Für eine exakte Berechnung der eigenen Position müssen die Bahnen der Satelliten dem Empfänger absolut genau bekannt sein. Leider sind diese bahnen aber nicht so starr sind wie es praktsich wäre. Deshalb übertragen im GPS-Signal alle Satelliten ständig Ihre aktuellen Bahndaten an den Empfänger, der dann jeweils die aktuellen Daten zur Berechnung verwendet.

Der Haken ist jetzt, dass die Bahndaten (Ephemeriden) nur eine Gültigkeit von ca. 4 Stunden haben. Solange also ein GPS-Gerät nicht länger als 4 Stunden ausgeschaltet war, kann es sofort mit den vorhandenen Daten weiterrechnen und hat - bei idealen Empfangsbedingungen - innerhalb von wenigen Sekunden eine gültige Position. Dies wird auch als Hot-Start bezeichnet.

War das Gerät länger ausgeschaltet sind die Bahndaten veraltet und es müssen zunächst neue Daten empfangen werden. Dieser Vorgang verzögert die erste Positionsbestimmung - wieder bei idealen Empfangsbedingungen - auf ca. 45 Sekunden.

Das alles ist eigentlich kein riesiges Problem, sorgt aber - wie vermutlich jeder GPSler weiss - immer wieder für Verdruss. Beispiele:

a) GPS beim Joggen

Man wartet nicht gerne eine Minute oder länger (bei schlechteren Empfangsbedingungen) bis der GPS "sich gefunden" hat. Man will sofort loslaufen.

b) GPS im Auto

Fährt man mit einem Empfänger der längere Zeit nicht an war sofort los, kann es einige Kilometer dauern, bis sich das Gerät endlich aufrafft und eine Position anzeigt. Hier spielen verschiedene Effekte hinein, einer davon sind veraltete Bahndaten. Ein anderer ist der Dopplereffekt, der es dem sich bewegenden GPS-Gerät schwieriger macht, die Signale zu finden.

c) GPS bei stromsparenden Einsätzen

Um Strom bei diversen GPS-Anwendungen zu sparen, beispielsweise in Handys mit GPS, werden heute die Empfänger häufig nur sehr kurz eingeschaltet, eine Position bestimmt und wieder in einen Schlafmodus versetzt. Bei dieser Art Anwendung ist es natürlich nahezu unmöglich mit den Bahndaten "auf dem Laufenden zu bleiben".

Die Lösungen

Wie nicht anders zu erwarten haben die Hersteller zur Lösung des beschriebenen Problems diverse Vorschläge parat und in Ihre Empfangsmodule integriert. Es gibt zwei grundsätzliche Varianten:

Unterstützung von aussen

Bei diesem System müssen dem GPS-Empfänger Bahndaten zugespielt werden. Dies kann durch eine Verbindung zum Internet geschehen oder falls der GPS-Empfänger in einem Handy verbaut ist auch über das Telefonnetz geschehen. Der Benutzer bekommt von den Aktivitäten eventuell nicht einmal etwas mit. Die Daten enhalten Bahndaten die bis 10 Tage im voraus berechnet wurden.

Je nach System werden zusätzlich zu den Bahndaten auch WAAS/EGNOS-Korrekturinformationen und die aktuelle Zeit und manchmal auch eine angenäherte Position durch Handy-Ortung übermittelt. In diesen Fällen lässt sich die TTFF, die Time To First Fix also die Zeit bis zum ersten Berechnen der Position auf bis zu 1 Sekunde reduzieren.

Diese Art der Unterstützung des GPS-Systems wird allgemein als A-GPS bezeichnet. Das steht für "Assisted-GPS", also "Unterstütztes-GPS". Die Hersteller haben häufig spezielle, namensrechtlich geschützte und blumigere Bezeichnungen für Ihre Umsetzung des Verfahrens, wie:

• SIRF: SiRFInstantFix (SIF) auch bekannt als QuickPosition, Quicklocate, QuickGPSfix (bei den Tom Tom-Geräten)
• ublox: AssistNow Offline und AssistNow Online; Letzteres braucht bei jedem Start ein kleines Datenpaket das nur für 2-4 Stunden gültig sind, das Offline-Verfahren werden (grössere Mengen) Bahndaten der nächsten 14 Tage geladen.
• Broadcom: GlobalLocate LTO (Long Term Orbit)
• RXNetworks: GPStream SUPL
• Nemerix: Nex

Für die Geräte, die nicht "online" gehen können gibt es die andere Variante:

Nachteil des Verfahrens:

Was für Handys sicher praktisch ist, ist bei anderen Navigationssystemen nicht praktikabel. Kaum jemand wird sein Auto-Navi einmal pro Woche ans Internet anschliessen.

Eigene Berechnung der Bahndaten

Bei diesem Verfahren werden mit Hilfe der von den Satelliten empfangenen Bahndaten und teilweise patentierten (und vermutlich sehr komplexen) Algorithmen Bahndaten für die Zukunft vorausberechnet die eine längere Gültigkeit haben als nur 4 Stunden. Typischerweise werden Daten für 4 bis 10 Tage im Voraus berechnet. Schaltet man das GPS-Gerät also ein versucht es zunächst mit Hilfe der vorhandenen gültigen Daten die Position zu berechnen und wechselt erst auf die tatsächlich von den Satelliten empfangen Daten wenn diese vollständig sind. Von da an berechnet das Gerät wieder Bahndaten für die Zukunft. Manchmal wird das als Autonomous GPS oder Self-Assisted GPS und Ergänzungen wie Long Term Orbits, Extended Ephemeris usw. bezeichnet

Auch hierfür haben die Hersteller viele Bezeichnungen:

• SIRF: SiRFInstantFixII (SIFv2)
• RXNetworks: GPStream SAGPS und PGPS (Mix aus beiden Varianten)
• STMicroelectronics: HotFix (nutzt GPStream PGSP)

Das System erscheint zunächst ideal hat aber ein paar Nachteile:

Das Vorausberechnen der Bahndaten muss im Prozessor im Hintergrund geschehen und dauert sehr lange wobei sehr lange mehrere Stunden meint. Häufig kann das der im Gerät integrierte Prozessor im Schlafmodus erledigen, aber verbraucht natürlich Strom und Zeit.

Die errechneten Bahndaten sind meist gut aber nicht perfekt. Man bemerkt manchmal einen kleinen Versatz in der Position in Track-Logs wenn diese Geräte vom Vorausberechneten in den "Live"-Modus umschalten.

Wenn das Gerät längere Zeit ausgeschaltet war als vorausberechnete Daten vorhanden waren muss auf die herkömmliche Art auf die Bahndaten gewartet werden. Die TTFT-Zeit verlängert sich wieder.

In Zukunft werden die Hersteller der Chipsätze wohl ein System haben welches beide Varianten unterstützt. Für Geräte mit "Verbindung" werden Daten von Servern geladen und sollte keine Verbindung da sein wird eigenständig weiter gerechnet.

Für uns Nutzer ist der Effekt ein einfacher und angenehmer: Weniger Warten. quelle:kowoma.de