Schwerpunkte

Big Brother: Lokalisierung von Personen und Objekten mit Funkwellen

12. Dezember 2007, 09:17 Uhr   |  Prof. Dr.-Ing. Axel Sikora


Fortsetzung des Artikels von Teil 4 .

Big Brother: Lokalisierung von Personen und Objekten mit Funkwellen

  • Unterstützung von Abrechnungssystemen im Gesundheitswesen, indem die örtliche Zusammenführung von Therapeuten und Patienten als Nachweis für die Erbringung von Dienstleistungen angesehen werden kann.
  • Informationsübermittlung an die Einsatzleitung bei Einsätzen von Hilfskräften in gefährdeten Gebieten bezüglich des Aufenthaltsortes gefährdeter Personen.
  • Aufnahme der Anwesenheit und Anordnung von Waren im Logistikbereich ohne Bewegung der Waren oder von Lesegeräten.
  • Lokalisierung von Verkehrsteilnehmern als Grundlage des geplanten automatischen Notrufs (eCall), der von der Europäischen Union flächendeckend geplant ist.
  • Bestimmung der absoluten bzw. relativen Position von Verkehrsteilnehmern. Ein diesbezügliches Projekt zur Unfallvermeidung [3] wird weiter unten vorgestellt.
  • Unterstützung von positionsbasierten Routingverfahren

Diese Beispiele zeigen, dass sich die Genauigkeitsanforderungen recht stark unterscheiden. Reicht für eine ortsgestützte Werbung im freien Gelände eine Genauigkeit von einigen wenigen zehn Metern aus, so liegen für viele andere Anwendungen die Anforderungen im Bereich einiger Dezimeter oder maximal weniger Meter. Dies gilt natürlich für alle Anwendungen innerhalb von Gebäuden, aber auch für sicherheitskritische Anwendungen außerhalb von Gebäuden. Ähnlich unterschiedlich sind auch die Geschwindigkeits- und Latenzanforderungen.

Bestehende Lokalisierungssysteme

In der Literatur sind bereits unzählige Systeme zur integrierten Lokalisierung und Identifizierung vorgestellt worden. Von der technologischen Seite basieren diese auf den in Bild 1 dargestellten Messprinzipien. Alle Systeme erlauben die Auswertung der Funkwellen bei deren gleichzeitiger Nutzung zur Übertragung von Informationen.

Das einfachste und vermutlich auch am weitesten verbreitete Verfahren besteht in der Messung der Feldstärke (Received Signal Strength, RSS bzw. RSS Indicator, RSSI). Dieses Verfahren basiert darauf, dass die Feldstärke einer elektromagnetischen Welle mit dem Quadrat der Entfernung vom Sender abnimmt, wenn eine isotrope (d.h. praktisch kugelförmige) Ausbreitung in alle Richtungen angenommen wird.

Eine solche Feldstärkemessung ist praktisch mit jedem Funkempfänger möglich, da diese immer eine erste Verstärkerstufe zur Anpassung der Signalstärke aufweisen, um die abstandsbedingt sehr unterschiedlichen Feldstärken, das so genannte Near-Far-Problem, auszugleichen. Diese Baugruppe wird meist als Automatic Gain Control (AGC) bezeichnet. Der Verstärkungsfaktor der AGC ist dann umgekehrt proportional zu der Feldstärke der empfangenen Welle.

Um eine wirkliche Lokalisierung vorzunehmen, muss die Feldstärke in Bezug auf mehrere Referenzpunkte gemessen werden. Hierbei kommen meist die fest installierten Knoten zum Einsatz, deren Einbauort ja bekannt ist. Problematisch bei der Feldstärkemessung sind die vielen parasitären Effekte, die sich aufgrund von Dämpfung und Mehrwegeausbreitung einstellen. Insbesondere letztere kann sowohl zu einer starken Auslöschung der verschiedenen Wellen (Deep Fading) als auch zu einer Verstärkung führen. Als Folge sind sehr starke Abweichungen der Feldstärke auch bei nur kleinen örtlichen Veränderungen zu beobachten.

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Bild 2. Das nanoLOC-ASIC von Nanotron basiert auf dem Chirp-Spread-Spectrum-Verfahren und unterstützt die Lokalisierung von Objekten durch eine Hardware-Laufzeitmessung.

RSS-basierte Systeme existieren auch im Bereich der Mobilkommunikation, wie sie von kommerziellen Providern zur Handy-Ortung angeboten werden (z.B. [5]). Hierbei werden jeweils die an den umliegenden Basisstationen gemessenen Empfangsfeldstärken ausgewertet. Es existieren auch systematische Analysen der Genauigkeiten, die in Innenstadtbereichen in mehr als der Hälfte der Fälle schlechter als etwa 100 Meter sind [6].

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1. Big Brother: Lokalisierung von Personen und Objekten mit Funkwellen
2. Literatur Links
3. Der Transceiver nanoLOC kann ein Funksignal auswerten
4. Big Brother: Lokalisierung von Personen und Objekten mit Funkwellen
5. Big Brother: Lokalisierung von Personen und Objekten mit Funkwellen

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