Politechnika Śląska Wydział Elektryczny Laboratorium podstaw TELEKOMUNIKACJI		rodzaj studiów : KSS rok akademicki : 2006/2007 semestr : 6
Tytuł ćwiczenia : GPS i GSM
Gajdecka Damian Janus Michał Kurzeja Antoni Kurzeja Maciej Majnusz Krzysztof Wielicki Jacek	data wykonania : 21.05.2007 grupa : KSS2 sekcja : 2

1 . Wstęp teoretyczny

• GPS
  

Global Positioning System, czyli Globalny system pozycjonowania - jest to rodzaj nawigacji satelitarnej obejmujący zasięgiem całą kulę ziemską. Zasada działania polega na pomiarze czasu dotarcia sygnału radiowego z satelity do odbiornika. Znając prędkość fali elektromagnetycznej można obliczyć odległość odbiornika od satelity. Mając wpisane do pamięci urządzenia położenie satelity w czasie, mikroprocesor odbiornika może obliczyć pozycję geograficzną (długość, szerokość geograficzną).

Co to jest GPS?

GPS czyli globalny system pozycjonowania jest to niewielkich rozmiar odbiornik. Odbiera on fale radiowe wysyłane przez wojskowe satelity (właśnie one nazywają się GPS) produkcji amerykańskiej. System ten jest całkowicie bezpłatny, wystarczy posiadać sam odbiornik. Jak wcześniej wspomniałem sygnał jest odbierany na wysokiej częstotliwości UHF(Ultra High Frequency) zwanej również L1. Satelitów jest 24, tak więc w każdym momencie na nieboskłonie widoczne są co najmniej trzy. Pozycja odbiornika jest określana na podstawie różnicy czasów w których zostały wysłane dane z satelity. Przy odbiorze z trzech satelitów system jest w stanie określić położenie odbiornika z bardzo dużą dokładnością. Nowsze modele mają możliwość ostrzegania przed korkami ulicznymi czy o wysokości nad poziomem morza. Sygnał odbierany z trzech satelitów jest przekształcany przez odbiornik na obraz dwu

wymiarowy "z lotu ptaka" Zdarza się jednak, że cztery satelity wysyłają sygnał do jednego odbiornika, a wtedy mikroprocesor jest w stanie wygenerować obraz trójwymiarowy.

System satelitarny pracuje na obszarze całej ziemi, ponieważ w każdym punkcie globu widoczne są co najmniej cztery satelity orbitujące na wysokości ok. 20 tys. km. System ten jest regularnie naprawiany, ponieważ satelity ulegają zniszczeniom, bądź też schodzą ze swej orbity.

• GSM
  

W dużym uproszczeniu: rozmawiając przez przenośny aparat telefoniczny GSM łączymy się najpierw z naziemną stacją bazową. Tu kończy się „droga powietrzna” aż do czasu, gdy rozmowa zostanie skierowana do innego użytkownika telefonu przenośnego. Dalszą drogę sygnał pokonuje kablem podziemnym. Naziemna baza, poprzez system stacji odbiorczych i przekaźników radiowych, przesyła sygnał nadany przez aparat do centrum całej sieci. Właśnie ze sposobu rozmieszczenia tych przekaźników wzięło się określenie „komórka”. Cały obszar, na którym działa operator telefonii, jest podzielony na dosyć regularne obszary. Ich graficznym odwzorowaniem może być siatka o sześciokątnych oczkach. Jedno jej „oczko” to właśnie pojedyncza komórka. Jej centrum stanowi naziemna stacja przekaźnikowa odbierająca i wysyłająca sygnały do użytkowników sieci. W systemie GSM 900 MHz wielkość „oczka” wynosi około 30 - 40 km. W systemie GSM 1800 MHz jest około pięciokrotnie mniejsza. Przekaźniki sygnału podłączone są do systemu stacji bazowej. Jeżeli dzwonimy blisko - sygnał znaczną część drogi wędruje kablami. Połączenia odległe mogą być realizowane za pomocą transmisji satelitarnej. Oczywiście, dzieje się tak, gdy rozmówca posługuje się telefonem komórkowym. Wówczas sygnał dotrze do niego w ostatniej fazie przesłany za pośrednictwem

naziemnej stacji przekaźnikowej. Dzięki takiej strukturze, czyli obecności komórek -

przekaźników radiowych telefony komórkowe GSM nie muszą mieć dużej mocy nadawania. W zależności od systemu w jakim pracują, moc wyjściowa wynosi do 4 watów (GSM 900 MHz) lub do 1 wata (GSM 1800 MHz).

• GPRS

Transmisja pakietowa umożliwia przesłanie danych wielu użytkowników w postaci pakietów poprzez współdzielone kanały - analogicznie jak w sieciach komputerowych, gdy wiele komputerów wykorzystuje zasoby sieci. Dzięki GPRS abonentom nie rezerwuje się dedykowanego kanału na czas trwania połączenia, lecz umożliwia się transmisję danych w chwili wysyłania i odbierania danych. Pakiety z informacją mogą być przekazywane niezależnie, zwykle z pewnym opóźnieniem.

Każdy pakiet danych musi zawierać adres przeznaczenia, co umożliwia ich transportowanie przez sieć nawet różnymi trasami. Oznacza to również, że pakietowa transmisja danych sprawdza się nie tylko przy transporcie niejednorodnym i nieprzewidywalnym, ale nadaje się także do obsługi strumieni o dużej asymetrii kierunków transportu oraz wymagających wysokich przepływności. Ponadto protokoły transmisji bezprzewodowej GPRS oparte są na protokołach internetowych

IP, łatwo więc mogą współpracować z istniejącymi protokołami IP w sieci stacjonarnej. Możliwe będzie umieszczenie sieci GPRS jako podsieć Internetu a więc też sytuacja, w której każdy terminal GPRS będzie miał swoje odrębne IP (będzie hostem). Z łącza radiowego korzysta się wyłącznie w trakcie przesyłania konkretnego pakietu danych, nie angażując przepływności kanału radiowego poza jego transmisją. Dzięki temu systemy komórkowe z przekazem pakietowym dobrze radzą sobie z dużym nasileniem ruchu w sieci, a użytkownicy mogą korzystać z szybkich i nieprzerwanych połączeń z Internetem. Ponadto stałe łącze sygnalizacyjne z siecią internetową w istotny sposób skraca czas nawiązywania konkretnych połączeń

(co daje dużą przewagę GPRS w takich obszarach jak np. autoryzacja kart kredytowych), a implementowane w systemie bardziej wydajne sposoby kodowania zwiększają upakowanie informacji w kanale radiowym. Ponieważ GPRS nie posiada ograniczeń standardowej transmisji (9,6kbps) i SMS (160 znaków), może więc spowodować, że operatorzy sieci komórkowych staną się pełnoprawnymi dostarczycielami Internetu. GPRS teoretycznie oferuje prędkości transmisji zaczynając od 9,05kb/s, a kończąc na 171,2kbit/s. Maksymalną, lecz niestety jedynie teoretyczną, prędkością jaką pozwala uzyskać jest 171,2kb/s przy równoczesnym użyciu 8 szczelin czasowych. To niemal dziesięć razy szybciej od transmisji standardowo dostępnej w sieci GSM. Dostępne prędkości transmisji danych zależą również od sposobu kodowania nadawanych informacji. Zdecydowano, że do celów transmisji pakietowej wykorzystane będą cztery typy zapisywania danych (ang. Coding Schemes), różniące się od siebie liczbą kontrolnych bitów parzystości przypadających na każdą porcję informacji. Schematy kodowania mogą zmieniać się dynamicznie podczas transmisji. Obecnie stosuje się tylko kodowanie CS1 i CS2, gdyż nie ma obecnie możliwości technicznych zaimplementowania schematów CS3 i CS4 w istniejących sieciach GSM. Rzeczywiste prędkości uzależnione są od typu posiadanego aparatu (a więc możliwości obsługi określonej liczby kanałów) oraz od warunków propagacyjnych panujących w danej lokalizacji. Obecne telefony umożliwiają transmisję GPRS wykorzystując od 2 do 3 kanałów, co daje maksymalne

prędkości transmisji odpowiednio 26,8kbit/s i 40,2kbit/s. GPRS wykorzystuje częściowo kanały logiczne standardowego GSM, jednak podstawą jego funkcjonowania są wydzielone kanały logiczne do obsługi ruchu pakietowego. Zależnie od konfiguracji i obciążenia komórki ruchem, kanały pakietowe mogą występować w różnych kombinacjach. Szczelina czasowa TDMA, którą wykorzystuje GPRS nazywana jest PDCH (ang. Packet Data Channel).

2. Łączenie systemów GPS i GPRS

Idea łączenia systemów GPS i GPRS polega na stałym monitoringu nadajnika GPS i sterowanie poprzez niego rozmaitych urządzeń. Samo połączenie pomiędzy urządzeniem i oddalonym od niego użytkownikiem odbywa się poprzez sieć GSM (a konkretniej poprzez GPRS). Moduł nawigacji satelitarnej może być stale uruchomiony a wiadomość o jego aktualnym położeniu jest przekazywana poprzez sieć komórkową do systemu monitorującego. Dzięki temu osoba która nadzoruje urządzenie stale wie gdzie ono się znajduje. Poza samą lokalizacją poprzez system mogę być przekazywane również inne informacje takie jak np. ilość paliwa w baku, to czy silnik jest uruchomiony. Działa to jednocześnie w drugą stronę. Operator może z miejsca monitoringu zadać konkretne zadania dla urządzenia. Przykładowo jeżeli samochód wyjedzie zbyt daleko poza obszar przeznaczenia osoba monitująca może wyłączyć zdalnie silnik bądź odciąć dopływ paliwa do silnika.

3. Przebieg ćwiczenia

• Badanie sieci GSM poprzez Monitora sieci

Monitor sieci (ang. Net Monitor) to po prostu specjalny tryb, po włączeniu którego telefon podaje różne informacje o sieci oraz pracy i stanie własnych podzespołów, karty SIM, itp. Po jego włączeniu zazwyczaj w telefonie pokazuje się dodatkowe menu, w którym można zobaczyć różne tajemnicze literki i cyferki, które ciągle się zmieniają. Nie ma tutaj żadnych standardów - w każdym telefonie podawane są różne dane, różnie się włącza taki tryb.

W ćwiczeniu wykorzystaliśmy następujące numery testów w telefonie marki Nokia: 1, 2, 3, 4, 5, 11, 41

Test 1

Informacje o trybie komunikacji z komórką

Test 2

Więcej informacji o używanej komórce

Test 3

Informacje o aktualnie używanej i sąsiednich komórkach

Test 4

Informacje o sąsiednich komórkach

Test 5

Informacje o sąsiednich komórkach

Test 11

Identyfikacja aktualnie używanej (ostatnio monitorowanej) sieci

Test 41

Informacje o handoverach

Wszystkie testy przeprowadziliśmy na telefonie 6210

Wyniki testów przeprowadzonych pod wejściem na wydział elektryczny.

Test 1

791	-	60	xxx
0	0	x	xxxx
44		44

Test 4

793	7-	94	7
115	9-	95-	4
116	5	100-	8
N	N	N

Test 41

1306			466
143			91
0	0	0	0
12	1	1	0

Mostek nad Kłodnicą:

Test 1

791	-	60	xxx
0	1	x	xxxx
34		34

Test 4

793	27-	74	26
774	23-	78-	22
110	24	85-	6
N	N	N

Test 41

1306			466
143			91
0	0	0	0
12	1	1	0

Róg ul. Wrocławskiej i Akademickiej

Test 1

791	-	56	xxx
0	1	x	xxxx
46		46

Ul Zimnej wody 7

Test 1

791	-	67	xxx
0	1	x	xxxx
39		39

Test 2

N0	1		B39
0	x
0	0		620
H=0	xx		xx

Test 5

795	2-	99	2
xxx	xx	xx	xx
xxx	xx	xx	xx
xx	xx	xx

Test 2

N0	1		B39
0	x
0	0		620
H=0	xx		xx

Test 5

110	22-	83	8
xxx	xx	xx	xx
xxx	xx	xx	xx
xx	xx	xx

Test 11

CC:	260	NC:	03
LAC:	20602
CH:	791
CID:	22021

Test 11

CC:	260	NC:	03
LAC:	20602
CH:	791
CID:	22021

Test 3

791	21-	80	21
808	16-	85	15
110	15-	90	3
	N	N

Test 11

CC:	260	NC:	03
LAC:	20602
CH:	791
CID:	22021

Test 3

791	42-	60	43
115	33-	71	40
92	28-	79	24
	N	N

Test 11

CC:	260	NC:	03
LAC:	20602
CH:	791
CID:	22021

Jak widać po uzyskanych wynikach nie oddaliliśmy się zanadto od stacji naziemnej. Nie zmieniliśmy jej również. Do telefonu została włożona karta sim sieci Idea.

• Badanie systemu GPS i GPRS.

Podczas gdy studenci z jednej sekcji badali sieć komórkową inna sekcja która została na miejscu w sali laboratoryjnej miała możliwość obserwacji na mapce poprzez serwis monitujący pod adresem www: http://gps.cma.com.pl zarówno aktualną pozycję nadajnika GPS zabranego przez inną sekcję jaki i również historię miejsc, w których wcześniej przebywał nadajnik. Moduł GPS łączy się z serwisem monitującym poprzez protokół GPRS.

---