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Zweifrequenz-GPS vs. Einfrequenz-GPS: Was ist der Unterschied?

Xiaomi, einer der größten Smartphone-Hersteller der Welt, hat gerade ein neues Smartphone namens Xiaomi Mi 8 auf den Markt gebracht, das als erstes Smartphone der Welt Dual-Frequenz-GPS bietet. Nicht nur das Mi 8 ist das erste Smartphone, sondern auch das weltweit erste Endverbrauchergerät im Massenmarkt, das die Zweifrequenz-GPS-Technologie bietet. Das macht Mi 8 zu einem ganz besonderen Gerät. Was genau ist die neue Zweifrequenz-GPS-Technologie und wie ist sie besser als die normale Einzel-GPS-Frequenztechnologie, die in allen anderen Smartphones, Tablets und Wearables verwendet wird? Das ist die Frage, die wir in diesem Artikel beantworten wollen. Wenn Sie sich also gefragt haben, was die neue Dual-GPS-Technologie auf den Tisch bringt, sehen Sie hier einen Vergleich der Zweifrequenz-GPS- und der Einfrequenz-GPS-Technologien:

Zweifrequenz-GPS vs. Einfrequenz-GPS: Wie funktionieren sie?

Bevor wir die neue Zweifrequenz-GPS-Technologie verstehen, müssen wir verstehen, wie GPS tatsächlich funktioniert. Das Global Positioning System ( GPS) ist ein satellitengestütztes Funknavigationssystem, das einem GPS-Empfänger an jedem Ort der Erde Informationen zur Ortung und Zeit gibt . Damit das GPS einwandfrei funktioniert, sollte der Empfänger (z. B. Ihr Smartphone) eine freie Sicht auf vier oder mehr GPS-Satelliten haben. Unter optimalen Bedingungen senden also vier oder mehr Satelliten Navigationssignale an Ihr Gerät, die Ihr Gerät empfängt und interpretiert, um Ihnen Ihren genauen Standort anzugeben. Wie Ihr Gerät funktioniert, erfordert viele technische Aspekte, auf die ich mich nicht einlassen kann. Eine einfache Erklärung ist jedoch, dass der Empfänger den Abstand zwischen den vier Satelliten berechnet, um den genauen Standort zu bestimmen, der normalerweise bis zu 5 Sekunden lang zuverlässig ist. Durchschnittlich 10 Meter mit einem möglichen Fehler von etwa 15 Metern .

Das passiert jetzt, wenn die Bedingungen optimal sind. Dies ist jedoch nicht immer der Fall. Es gibt viele Faktoren im Spiel, die den potenziellen Fehler eskalieren . Die wichtigsten sind die Interferenz in der Ionosphäre, Signalblockierung aufgrund großer physischer Strukturen wie Berge und stark urbanisiertes Gebiet mit hohen Gebäuden. Wenn Sie also in einer Stadt wie New York leben, ist die GPS-Genauigkeit des Telefons niedriger, da das Signal gestört wird und durch hohe Gebäude in mehrere Signale aufgeteilt wird, was die Fehlerrate erhöht (MultiPath-Effekt). Es gibt viele andere Faktoren, die die GPS-Genauigkeit beeinflussen, aber die drei oben genannten Faktoren sind die Hauptursache. Die Zweifrequenz-GPS-Technologie wurde entwickelt, um die durch die oben genannten Faktoren verursachten Signalprobleme zu beruhigen, so dass eine zuverlässigere und genauere Standorterkennung möglich ist.

Verschiedene Arten von GPS-Bändern

Lassen Sie uns nun ein wenig über die verschiedenen Arten von GPS-Bändern lernen. Um nicht zu den technischen Aspekten zu gelangen, gibt es für zivile Zwecke drei verschiedene Hauptgruppen, die zur Verfügung stehen. Was sind Bands, die du fragst? Einfach ausgedrückt sendet ein Satellit Signale in Funkfrequenzen. Das Global Positioning System verwendet Frequenzen zwischen 1, 1 GHz und 1, 6 GHz . Sie nutzen jedoch nicht den gesamten Frequenzbereich. Der Hauptfrequenzbereich, den heutzutage von Satelliten genutzt wird, ist das L1-Band, das Frequenzen zwischen etwa 1, 56 und 1, 58 GHz verwendet. Genau wie das L1-Band gibt es zwei andere Hauptfrequenzbänder, die für GPS verwendet werden können, nämlich die L2- und L5-Bänder (siehe Abbildung unten).

Bildquelle: Navipedia

Daher kann der normale GPS-Empfänger mit einer Frequenz, der in unseren Smartphones und anderen Geräten verwendet wird, nur das L1-Band interpretieren und wird deshalb als GPS mit einer Frequenz bezeichnet. Da es nun aus dem Namen GPS mit zwei Frequenzen interpretiert werden kann, verwendet es zwei unterschiedliche Bänder. Die Geräte, die L1 + L2- oder L1 + L5-Bänder verwenden, werden als Zweifrequenz-GPS-Empfänger bezeichnet.

Wie ist GPS mit zwei Frequenzen besser?

Die Verwendung von Zweifrequenz-GPS hilft dabei, die oben besprochenen Probleme zu verringern. Ein Empfänger, der das Zweifrequenz-GPS-Gerät verwendet, muss daher nicht auf Signalstörungen aufgrund von Ionosphäre oder hohen Gebäuden in Stadtumgebungen stoßen. Da die Dual-Bänder nicht in die Mathematik und in die Physik eintauchen, geben sie dem Empfänger grundsätzlich mehr Informationen, so dass die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers geringer ist . Ein weiterer Vorteil der Verwendung der Dual-GPS-Frequenz ist, dass selbst wenn eine davon ausfällt, die andere als Backup vorhanden ist.

Sogar der Signalaufbau ist unterschiedlich, was zu besseren Messwerten in verschiedenen Umgebungen führt. Das L5-Band macht es beispielsweise einfacher, echte Signale von den von Gebäuden reflektierten zu unterscheiden, wodurch der MultiPath-Effekt verringert wird, der durch hohe Gebäude in urbanen Umgebungen verursacht wird. Zusammenfassend reduziert die Dual-GPS-Frequenz die GPS-Fehlerrate, indem mehr Informationen bereitgestellt werden, wodurch die Fehlerrate verringert und ein genauerer Positionswert ausgegeben wird.

Zweifrequenz-GPS vs. Einfrequenz-GPS: Schlussfolgerung

Ich hoffe, dass ich den Unterschied zwischen einer GPS- und einer Zweifrequenz-GPS-Technologie erklären konnte. Ich habe versucht, es in einer möglichst einfachen Sprache zu erklären. Das könnte bedeuten, dass ich die Erklärung zu stark vereinfacht habe und die Details möglicherweise nicht genau abschneiden. Die Gesamtarbeit bleibt jedoch gleich und ich hoffe, Sie konnten es verstehen. Wenn Sie immer noch Verwirrung haben, fragen Sie in den Kommentaren weiter unten, und ich beantworte gerne alle Ihre Fragen.

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