GPS-Störungen und Ausfälle in Deutschland

In einem stark technologieorientierten Zeitalter ist ein funktionierender GPS-Empfang fast unverzichtbar für mobile Aktivitäten geworden. Die Verfügbarkeit von GPS beeinflusst und verbessert das tägliche Leben vieler Menschen auf vielfältige Weise. Mit dem Internet verbunden, kann GPS präziser und schneller für die Standortbestimmung arbeiten. Ohne Offline-Kartenmaterial und Internet funktionieren zudem viele Navigations-Apps wie z.B. Google Maps nicht. Jedoch bieten nicht alle Regionen in Deutschland eine durchgehende, nahtlose Konnektivität. In ländlichen Gebieten oder in Regionen mit schwacher Netzabdeckung kommt es oft zum GPS-Ausfall, sogenannte “Blackspots”. 

Dieser Artikel geht den Faktoren nach, die den GPS-Empfang in verschiedenen Regionen Deutschlands beeinflussen. Untersucht werden die durchschnittliche mobile Internet-Geschwindigkeit und GPS-Signalverluste. Die Statistiken geben eine Übersicht über Gebiete zusammen mit der Leistungsfähigkeit von GPS-Satellitensignalen für Smartphones und weiterer mobiler Endgeräte.

Die durchschnittliche mobile Internet-Geschwindigkeit in Deutschland bietet Einblicke in die Leistung der Mobilfunknetze der Bundesrepublik. Die Daten zeigen eine durchschnittliche Download-Geschwindigkeit von 75,26 kbps, eine Upload-Geschwindigkeit von 16,88 kbps und eine Ping-Zeit von 38,44 ms. Satelliten sind oft auf Internetverbindungen angewiesen, um Daten zwischen Bodenstationen und Satelliten auszutauschen. Ohne Internetverbindung kann die Fähigkeit zur Informationsübermittlung zwischen Satelliten und Bodenkontrollzentren eingeschränkt oder gestört sein. Dies gilt insbesondere für Privatpersonen und öffentliche Dienste, die für Navigation und Kommunikation auf Satellitennavigationssysteme angewiesen sind. 

Eine langsame Download-Geschwindigkeit kann die Anzeige von mobilen Navigations-Apps hemmen und das Echtzeit-Navigationserlebnis beeinträchtigen. In kritischen Situationen kann ein GPS-Ausfall zu Verzögerungen und Unannehmlichkeiten in vielen Sektoren führen. In der Transport- und Logistikbranche wird GPS beispielsweise genutzt, um die Fracht zu verfolgen, Lieferungen zu optimieren und die Effizienz der Transportrouten zu steigern.

Regionen mit den häufigsten GPS-Ausfällen

Bei der Analyse der Regionen, in denen der GPS-Signalverlust am häufigsten auftritt, tragen mehrere Schlüsselfaktoren zu den Herausforderungen in diesen Gebieten bei. Die Studie von Ookla, ESA und Eurostat, die über einen Zeitraum von 60 Tagen im vierten Quartal 2023 durchgeführt wurde, zeigt Statistiken zur Signalzuverlässigkeit und der mobilen Netzwerkleistung. Gemessen wurden die durchschnittliche Download-Geschwindigkeit, die Upload-Geschwindigkeit sowie der Ping-Wert, technisch Latenz genannt.

Um ein klareres Verständnis zu vermitteln, möchten wir die Kennzahlen erläutern. In einigen Regionen kann es zu Signalausfällen kommen, d.h. das GPS-Signal kann schwächer oder weniger stabil als üblich sein. Die Gesamtzahl der Signalausfälle während des Zeitraums von 60 Tagen wurde erfasst. Die Punktzahl stellt keine genaue Vorhersage des Signalverlusts dar. Sie dient vielmehr dazu, Standorte anhand der Häufigkeit potenzieller GPS-Signalprobleme und anderer Faktoren zu vergleichen. Eine höhere Punktzahl bedeutet, dass an diesem Standort wahrscheinlicher Probleme auftreten, zeigt jedoch keine direkte 80 % Wahrscheinlichkeit für Signalverlust. Diese Bewertung betont das relative Risiko, nicht die Vorhersage.

Die Region Vulkaneifel sticht mit einem auffälligen Signalverlust von 80,99 % heraus. Dies ist hauptsächlich auf eine durchschnittliche Download-Geschwindigkeit von 41,51 kbps, eine vergleichsweise langsame Upload-Geschwindigkeit von 11,86 kbps und einen Ping von 41,13 ms zurückzuführen. Dicht darauf folgt Vorpommern-Greifswald mit einem signifikanten Signalverlust von 78,61 %. Diese Faktoren führen zu einer hohen Wahrscheinlichkeit von GPS-Signalunterbrechungen.

Im Vergleich zur Uckermark weist die Vulkaneifel ebenfalls bis zu vier GPS-Signalausfälle auf, jedoch mit einem geringen Signalverlust-Score von 66,39 %. Zudem verzeichnet sie eine Download-Geschwindigkeit von 68,28 kbps, was einem um 65 % schnelleren Internet entspricht im Vergleich zur Vulkaneifel mit 41,61 kbps. 

Die langsamen GPS-Satellitensignale und der hohe Ping stellen Probleme dar, wenn es darum geht, eine stabile Verbindung für GPS-Empfänger aufrechtzuerhalten. Mit sinkenden Download-Geschwindigkeiten, welche die GPS-Signale unterstützen steigt die Wahrscheinlichkeit von Signalverlusten. Um eine konstante Verbindung zu gewährleisten, muss das mobile Endgerät Signale von mindestens vier Satelliten des GPS-Signals empfangen. Je mehr Satelliten es dabei empfängt, desto präziser ist die Berechnung. 

Die besten GPS-Verbindungen auf deutschen Straßen

Bei der Analyse der deutschen Regionen haben wir festgestellt, dass bestimmte Gebiete besonders wenig anfällig für den Verlust des GPS-Signals sind. Diese Regionen zeichnen sich durch herausragende Leistungen in Bezug auf Download-Geschwindigkeit, Upload-Geschwindigkeit und geringem GPS-Signalverlust aus.

Der Rhein-Kreis Neuss ist führend in der Liste mit nur einem GPS-Signalverlust und einem sehr guten Durchschnitt von 4 %. Dieses Ergebnis ist auf die ausgezeichnete Download-Geschwindigkeit von 104,14 kbps, eine hohe Upload-Geschwindigkeit von 21,01 kbps und einen niedrigen Ping-Wert von 25,77 ms zurückzuführen. Solche Werte spiegeln sich auch in anderen Spitzenregionen wider, wie beispielsweise Krefeld, Augsburg und Düsseldorf, die mit ähnlichen hervorragenden Leistungen punkten.

Ein weiteres Gebiet, das sich durch eine äußerst stabile GPS-Verbindung auszeichnet, ist der Rhein-Erft-Kreis, der mit nur zwei GPS-Signalverlusten und einem Durchschnitt von 12,74 Prozent herausragt. Dieses Ergebnis wird durch eine ausgewogene Kombination von Download-Geschwindigkeit mit 93,13 kbps, Upload-Geschwindigkeit mit 18,56 kbps und Ping-Wert von 28,34 ms erreicht.

Die Studie zeigt, dass die zuverlässigen GPS-Signale in diesen Regionen auf die optimale Abstimmung von Download-Geschwindigkeit, Upload-Geschwindigkeit und niedrigem Ping-Wert zurückzuführen sind. Diese überdurchschnittlichen Messwerte tragen dazu bei, dass die GPS-Systeme während der Fahrt stets mit ausreichend Satellitenverbindungen versorgt werden und somit eine zuverlässige Navigation gewährleistet ist.

Der Ansatz zur Überwachung des GPS-Signalverlusts beruht auf Daten, die über 60 Tage hinweg gesammelt wurden. Dabei werden alle 4 Sekunden die Anzahl der sichtbaren GPS-Satelliten überprüft. Wenn diese unter vier fällt, wird es als potenziellen Signalverlust innerhalb des gemessenen Zeitraums markiert. 

Die oben aufgeführte Statistik zeigt die Anzahl der GPS-Signalverluste in verschiedenen Regionen. Unter den aufgeführten Orten hat Dahme-Spreewald mit sechs Signalverlusten die höchste Anzahl zu verzeichnen. Vorpommern-Greifswald, Ravensburg, Uckermark, Osnabrück im Landkreis, Harz und Rotenburg (Wümme) weisen alle vier GPS-Ausfälle auf. Diese Zahlen geben Aufschluss über die Häufigkeit von Problemen im GPS-Empfang in diesen spezifischen geografischen Gebieten. 

Drei Regionen wurden bereits bei den unterdurchschnittlichen Signalstärken erwähnt. Auch in Regionen, die nicht in der Rangliste der Regionen mit dem höchsten Signalverlust-Wert auftauchen, sind auffällig viele GPS-Signalausfälle zu verzeichnen. Verschiedene Ursachen können zu GPS-Störungen führen, angefangen bei natürlichen Phänomenen bis hin zu von Menschen geschaffenen Faktoren. Zu den häufigsten Gründen zählen atmosphärische Störungen, Blockaden durch Gebäude, elektronische Interferenzen und GPS-Störsender.

Unter dem Durchschnitt: Die langsamsten mobilen Download-Geschwindigkeiten

In den Regionen mit den langsamsten durchschnittlichen Download-Geschwindigkeiten besteht die Herausforderung, Online-GPS auf dem Smartphone effizient zu nutzen. Die Vulkaneifel zeigt sich mit einer mittleren Download-Geschwindigkeit von 41,51 kbps als einer der Standorte mit der geringsten Konnektivität. 

In Wittmund liegt die durchschnittliche Download-Geschwindigkeit bei 41,95 kbps, und auch hier könnte die Verwendung von Online-GPS aufgrund der niedrigen Geschwindigkeit beeinträchtigt sein. Der Donnersbergkreis mit 43,17 kbps, Bernkastel-Wittlich mit 45,89 kbps und Freyung-Grafenau mit 46,72 kbps folgen ebenfalls in der Liste der Standorte mit langsameren Internetverbindungen, die sich negativ auf die GPS-Navigation auf dem Smartphone auswirken können.

Reisende und Einwohner*innen in diesen Regionen merken diese Auswirkungen, sodass die Verwendung von Online-GPS möglicherweise nicht so reibungslos verläuft wie in Gebieten mit schnellen mobilen Verbindungen. Dies könnte insbesondere bei Echtzeitnavigation und anderen standortbasierten Anwendungen zu Unannehmlichkeiten führen. In solchen Gebieten ist es ratsam, alternative Navigationsmittel in Betracht zu ziehen oder sich auf Offline-Karten vorzubereiten, um dennoch zuverlässige Orientierungshilfen zu haben.

Methode

1. Diese Studie bewertet die Internet-Latenz (u.a. Ping-Wert), Download-Geschwindigkeiten und GPS-Signalverluste in deutschen Regionen. Diese Metriken bestimmen letztendlich, wo du wahrscheinlich fehlgeleitet wirst, während du der GPS-Navigation folgst.
2. Zunächst lag der Fokus der Studie darauf, die Datensätze der Ookla Speed Tests zu analysieren, um Metriken zur Leistung von Mobilfunknetzen wie Internet-Download-Geschwindigkeit und Latenz zu erhalten. In der Studie wurde berücksichtigt, dass eine Internetgeschwindigkeit von 1 MB pro Sekunde oder weniger zu langsam wäre, um die Navigation ordnungsgemäß zu nutzen. Ebenso kann eine Latenz von mehr als 200 ms zu einer langsamen Reaktion und folglich zu einer Verzögerung bei der Kartennavigation führen.
3. Nach einer Reverse-Geocoding-Phase wurde die Stichprobe nach Standorten aggregiert, um die Anzahl der Vorkommen von geringer Download-Geschwindigkeit (weniger als 1 Mbps) und langsamer Latenz (mehr als 200 ms) zu berechnen. Für jede der beiden Variablen wurde der Prozentsatz berechnet, indem die Anzahl der Vorkommen durch die Gesamtzahl der Tests geteilt wurde. Der 10. Perzentil der Anzahl der Tests (786) wurde als Schwellenwert verwendet, um Standorte zu entfernen, die nur eine geringe Anzahl von Geschwindigkeitstests hatten.
4. Als nächstes versuchte die Studie, den GPS-Signalverlust zu identifizieren, indem globale tägliche Daten von den Swarm-Satelliten analysiert werden. Der Datensatz wurde von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) erworben.
5. Um einen genauen Standort zu bestimmen, sind mindestens vier GPS-Satellitensignale erforderlich. Daher haben wir die Reduzierung auf weniger als vier Satelliten überprüft, die von Swarm-Empfängern aufgezeichnet wurden.
6. Anschließend wurde das Eurostat-Shapefile verwendet, um Swarm-Daten zurückzuentwickeln und die Anzahl der Male zu kartieren, bei denen die Swarm-Empfänger in jedem Standort weniger als vier Satelliten aufzeichneten. Jede Unterbrechung dauert eine Sekunde, und wenn die Unterbrechung fünf aufeinanderfolgende Sekunden dauert, wird dies als fünf GPS-Satellitenfehler aufgezeichnet. Dies wurde im vierten Quartal 2023 getestet
7. Um die Forschung abzuschließen, wurden die Variablen (GPS-Signalverlustrate, hohe Latenz und geringe Download-Geschwindigkeit) verwendet, um einen Index zu erstellen und jeden Standort zu bewerten. Die Punktzahlen wurden in absteigender Reihenfolge sortiert, wobei eine höhere Punktzahl bedeutet, dass man beim Navigieren wahrscheinlich fehlgeleitet werden.

Quellen:

https://github.com/teamookla/ookla-open-data

https://ec.europa.eu/eurostat/web/gisco/geodata/reference-data/administrative-units-statistical-units/nuts#nuts21

https://earth.esa.int/eogateway/catalog/swarm-level-2-daily

https://tiqqler.com/glossar/gps-stoerung-heute-aktuelle-probleme-und-loesungen/