DE10004000A1 - Mobiles Kommunikationssystem - Google Patents
Mobiles KommunikationssystemInfo
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Abstract
Bei einem Verfahren zum Betreiben eines mobilen Kommunikationssystems mit mindestens einer Basisstation und einer Mobilstation weist die Mobilstation eine GPS-Funktionalität auf, die den tatsächlichen Standort der Mobilstation bestimmt, und nach erfolgter Verbindung mit einer Basisstation den ermittelten tatsächlichen Standort der Mobilstation an die Basisstation weitergibt. Durch diese Information richtet die Basisstation ihre Antennenkeule auf die Mobilstation aus.
Description
Die Erfindung betrifft die Integration von GPS (Global Posi
tioning System), dem weltweiten satellitenbasierten Ortsbe
stimmungssystem, in ein mobiles Kommunikationssystem. Insbe
sondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben
eines derartigen mobilen Kommunikationssystems.
Mobile Kommunikationssysteme sind bekannt und umfassen Basis
stationen und mit den Basisstationen über eine Funkschnitt
stelle kommunizierende Mobilstationen. Derzeit sind in Europa
mobile Kommunikationssysteme nach dem GSM-Standard (GSM:
Groupe Speciale Mobile) in Betrieb. Der Engpaß bestehender
mobiler Kommunikationssysteme liegt in der verfügbaren Bit
rate. Daher wird gegenwärtig an der Entwicklung leistungsfä
higerer Mobilfunksysteme der dritten Generation gearbeitet,
die unter dem Begriff UMTS (Universal Mobile Telecommunica
tion Systems) geläufig sind.
Zur Erhöhung der Netzkapazität ist bereits vorgeschlagen wor
den, in einer Zelle einer Basisstation mehrere stark fokus
sierte Antennenkeulen zu verwenden, die unterschiedliche
Richtungen aufweisen und die gleiche Frequenz haben. Dadurch
könnte ein Frequenzkanal in einer Raumzelle mehrmals benutzt
werden (B. Walke "Mobilfunknetze und ihre Protokolle", Band
1, S. 79-80, B. G. Teubner, Stuttgart 1998). Allerdings erhöht
sich bei diesem Verfahren die Anzahl der Intra-Cell Handover
aufgrund des Verlassens der fokussierten Antennenkeule, falls
der Teilnehmer, d. h. die Mobilstation, den Standort wechselt.
Ferner ist ein Handy oder Mobiltelefon mit GPS-Funktionalität
aus der DE-A-196 46 603 bekannt. Dabei ist in einem üblichen
GSM-Mobiltelefon zusätzlich ein GPS-Empfänger eingebaut, der
über ein Modem mit dem Mobiltelefon so verbunden ist, daß die
vom GPS ermittelten Standortkoordinaten auf dem Display des
Mobiltelefons angezeigt und von diesem beispielsweise in ei
nem Notfall an einen Empfänger übertragen werden können.
Ferner ist das GPS-System in breitem Einsatz bekannt, z. B. in
Fahrzeugnavigationssystemen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum Betreiben eines mobilen Kommunikationssystem, insbeson
dere eines UMTS-Systems, sowie eine dafür geeignete Basis-
und Mobilstation zu schaffen, wobei die Funkschnittstelle
zwischen Basisstation und Mobilstation optimiert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
Verfahrens nach Anspruch 1 sowie einer Basisstation nach
Anspruch 9 und einer Mobilstation nach Anspruch 10 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der
abhängigen Ansprüche.
Da erfindungsgemäß der tatsächliche Standort einer Mobilsta
tion aufgrund der GPS-Funktionalität der Mobilstation an die
zuständige Basisstation im Kommunikationsfall übertragen
wird, kann die Basisstation durch entsprechende Beamforming-
Maßnahmen den Antennenstrahl der Sende/Empfangsantenne auf
die Mobilstation ausrichten, d. h. fokussieren. Dadurch kann
sowohl die Basisstation als auch die Mobilstation mit gerin
gerer Leistung senden, wodurch geringere Störungen bei ande
ren Mobilstationen verursacht werden. Durch die Verringerung
der Sendeleistung der Mobilstation erhöht sich deren Standby-
Zeit. Zusätzlich können die Resourcen der von der Ba
sisstation bedienten Zelle besser genutzt werden und eine Er
höhung der Kapazität der Zelle ist möglich. Vorzugsweise wird
die Sendeleistung der Mobilstation für den Uplink (Senden der
Mobilstation an die Basisstation) von der Basisstation vorge
geben.
Weitere Vorteile der Integration von GPS in die Mobilstation
eines mobilen Kommunikationssystem und die Übertragung der
Standortinformation an die Basisstation sind im folgenden an
gegeben.
Im Zusammenhang mit paketorientierten Dienstleistungen, die
einen wesentlichen Bestandteil von dem Mobilfunksystem UMTS
der dritten Generation darstellen, sind leistungsfähige
Flottenplanungs/-Überwachungssysteme einrichtbar, wobei die
UMTS-Mobilstation in gewissen Abständen automatisch ihre Po
sition über die entsprechende Basisstation an eine Zentrale
übermittelt, und diese dadurch in die Lage versetzt logisti
sche Probleme schneller und besser zu lösen (beispielsweise
Umfahrung von Verkehrsstauungen).
Da die Position der Mobilstation bekannt ist, kann die Tele
matik-Information speziell für diese Mobilstation abgestimmt
werden, d. h. nur die Informationen, wie Stauwarnungen, Rou
tenempfehlungen usw., die für den Benutzer dieser Mobilsta
tion aufgrund seines Aufenthaltsortes interessant sind,
werden übermittelt bzw. angezeigt.
Beim Absetzen eines Notrufs teilt das Gerät automatisch seine
Position an die Basisstation mit. Die in Not befindliche Per
son läßt sich auf diese Weise leichter lokalisieren, ohne daß
sie selbst sprechen muß.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgen
den anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt in Diagrammform das erfindungsgemäße Verfah
ren des Ausrichtens und Anpassens der Antennenkeulen ver
schiedener Basisstationen auf den Standort einer Mobilstation
mit GPS-Funktionalität;
Fig. 2 zeigt die Verknüpfung einer UMTS-Mobilstation mit
einem externem GPS-Gerät;
Fig. 3 zeigt die integrale Anordnung eines GPS-Moduls in
einem Mobiltelefon nach UMTS; und
Fig. 4 zeigt schematisch die Verwendung eines gemeinsamen
Chipsatzes für GPS und UMTS.
In Fig. 1 wird die Strahlausrichtung von Antennenkeulen ver
schiedener Basisstationen B1, B2, B3 dargestellt, was im fol
genden als Beamforming bezeichnet wird. Beamforming bedeutet,
daß die Basisstation die Richtcharakteristik der Sende-
/Empfangsantenne an die aktuelle Position der Mobilstation
anpaßt, d. h. daß die Sende-/Empfangskeule der Basisstations
antenne wird auf die Mobilstation gerichtet und die Sende
leistung gegebenenfalls entsprechend angepaßt. Dies kann
durch den Einsatz entsprechender elektronischer Maßnahmen
durch eine geeignete Vorrichtung erfolgen. Hierzu muß die Ba
sisstation den Standort der Mobilstation kennen. Dieser wird
durch die integrierte GPS-Funktionalität ermittelt und der
Basisstation mitgeteilt.
Da sich Mobilstationen entlang topographischer Strukturen wie
Bahnlinien, Straßen usw. bewegen, kann die Basisstation den
Zeitpunkt eines Handover, d. h. Weiterreichens, frühzeitig
planen. Besonderheiten, wie Unterbrechungen in der Übertra
gung, z. B. durch Tunnel, Schluchten usw. verursacht, können
berücksichtigt werden, indem die Verbindung für den Zeitraum
der Durchfahrt durch die Unterbrechungsstelle gehalten wird.
Angedeutet ist in Fig. 1 als schwarze Linie der Weg einer Mo
bilstation MS, beispielsweise entlang einer Straße. Am Punkt
1 nimmt die Mobilstation MS Verbindung mit einer ersten Ba
sisstation BS1 auf, wobei die Antennenkeule der Basisstation
BS1 auf die Mobilstation MS ausgerichtet wird, da die Mobilstation
MS ihre durch GPS ermittelten Koordinaten an die Ba
sisstation BS1 weiterleitet, vorzugsweise schon beim Ge
sprächsaufbau und nachfolgend innerhalb vorgegebener Zeit
räume oder nach Anforderung durch die entsprechende Basissta
tion. Die Zellen der Basisstationen BS1, BS2 und BS3 sind
hier schematisch als Sechsecke dargestellt. Die Mobilstation
MS bewegt sich entlang des oben erwähnten Wegs. Entsprechend
wird die Antennenkeule der Basisstation BS1 nachgefahren so
wie die Sendeleistung an die andere Richtung angepaßt, dar
gestellt beispielsweise durch den Punkt 2. Am Punkt 3 befin
det sich die Mobilstation MS in der Zelle einer zweiten Ba
sisstation BS2. Es erfolgt am Punkt 3 ein Handover der Mobil
station MS an die zweite Basisstation BS2. Die Antennenkeule
der zweiten Basisstation BS2 folgt dem Weg der Mobilstation,
dargestellt durch die neue Keulenrichtung im Punkt 4. Am
Punkt 5 erfolgt ein weiteres Handover der Mobilstation MS an
eine weitere Basisstation BS3, wobei die Richtung und
Sendeleistung der Basisstation BS3 entsprechend eingestellt
wird. Durch die Kenntnis der entsprechenden Basisstation vom
tatsächlichen Ort der Mobilstation kann daher die Ausrichtung
und die Leistung der Antenne an die tatsächlichen Begeben
heiten angepaßt und optimiert werden. Es ist auch möglich,
daß die Basisstation BS1, BS2, BS3 der Mobilstation MS deren
Sendeleistung vorgibt.
Fig. 2 veranschaulicht schematisch das Zusammenwirken von
UMTS und externem GPS, wobei die UMTS-Mobilstation schema
tisch durch einen HF-Teil Hf und eine digitale Signalverar
beitung DSV dargestellt ist. Der GPS-Empfänger umfaßt in
gleicher Weise einen HF-Teil HF und eine digitale Signalver
arbeitung DSV. Die einfachste Lösung ist ein Anschluß eines
externen GPS-Geräts, z. B. als Teil eines vorhandenen Kfz-Na
vigationssystems, an eine möglicherweise bereits vorhandene
serielle Schnittstelle SERS eines Mobiltelefons UMTS. Die
Datenübermittlung vom GPS-Empfänger an das Mobiltelefon kann
dann beispielsweise in einem vorgegebenen Format erfolgen.
Das Zusammenwirken von UMTS und GPS wird durch die ähnlichen
Zugriffsverfahren (CDMA: Code Division Multiple Access)von
UMTS und GPS im HF-Zweig (HF: Hochfrequenz) erleichtert.
Zusätzliche liegen die von UMTS und GPS benutzten
Frequenzbänder relativ nah beieinander, was dem Zusammenwir
ken weiter förderlich ist.
Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 3 und 4 geht es um
einen GPS-Empfänger, der in einem UMTS-Terminal integriert
ist, symbolisiert durch UMTS/GPS. Dabei wird GPS-Funktionali
tät direkt in das Mobiltelefon integriert. Was die Antennen
technik angeht, könnten für UMTS und GPS zwei getrennte oder
auch eine gemeinsame Antenne verwendet werden.
Bei der Lösung der Fig. 3 gibt es zwei Basisband-Chipsätze
für GPS und UMTS, dargestellt durch die Chipsätze UMTS-DSV
und GPS-DSV, die Daten D miteinander austauschen. Hierbei
wird im Prinzip ein eigenständiges GPS-Modul in das Mobilte
lefon miteingebaut.
Bei der Lösung der Fig. 4 gibt es einen einzigen Chipsatz DSV
für GPS und UMTS. Die Verarbeitung von GPS- und UMTS-Daten
wird von demselben Chipsatz-Prozessor DSV geleistet. Es exi
stiert ein gemeinsames HF-Teil. Die Vorteile sind die gerin
gen Materialkosten und ein geringer Platzbedarf.
Claims (16)
1. Verfahren zum Betreiben eines mobilen Kommunikationssy
stems mit mindestens einer Basisstation (BS1, BS2, BS3) und
einer Mobilstation (MS) mit GPS-Funktionalität, dadurch ge
kennzeichnet, die Mobilstation (MS) ihren tatsächlichen
Standort mittels GPS bestimmt, nach erfolgter Verbindung mit
einer Basisstation (BS1, BS2, BS3) ihren ermittelten tat
sächlichen Standort (MS) an die Basisstation (BS1, BS2, BS3)
weitergibt, und die Basisstation (BS1, BS2, BS3) ihre Anten
nenkeule an den Standortkoordinaten der Mobilstation (MS)
ausrichtet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Basisstation (BS1, BS2, BS3) die Antennenkeule entspre
chend der Bewegung der Mobilstation (MS) innerhalb der Zelle
der Basisstation (BS1, BS2, BS3) nachführt.
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Leistung und/oder die Fokussie
rung der Antennenkeule der Basisstation (BS1, BS2, BS3) an
die Standortkoordinaten der Mobilstation (MS) angepaßt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Basisstation (BS1, BS2, BS3) der Mobilstation (MS) die zu
verwendende Sendeleistung für den Uplink vorgibt.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß in der Zelle einer Basisstation
(BS1, BS2, BS3) mehrere Antennenkeulen gleicher Frequenz und
unterschiedlicher Ausrichtung als Kanäle der Funkschnitt
stelle verwendet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Übermittlung des tatsächlichen Standorts in vorbestimmten
Zeitintervallen erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß der durch GPS ermittelte Standort
während des Verbindungsaufbaus zwischen Basisstation (BS1,
BS2, BS3) und Mobilstation (MS) übertragen wird.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das mobile Kommunikationssystem
nach dem GSM-Standard oder UMTS arbeitet.
9. Basisstation eines mobilen Kommunikationssystems zur
Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Basisstation ein Mittel zur
Anpassung der Richtcharakteristik des Antennenstrahls der
Sende/Empfangsantenne an die empfangene Position der Mobil
station aufweist.
10. Mobilstation eines mobilen Kommunikationssystems zur
Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mobilstation eine GPS-Funk
tionalität aufweist.
11. Mobilstation nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die GPS-Funktionalität durch ein externes GPS-Gerät (GPS)
bereitgestellt wird, das an die Mobilstation (UMTS) über eine
Schnittstelle angeschlossen ist.
12. Mobilstation nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbindung durch eine serielle Schnittstelle (SERS)
erfolgt.
13. Mobilstation nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Datenübermittlung zwischen dem externen GPS-Gerät und
der Mobilstation nach einem vorbestimmten Protokoll abläuft.
14. Mobilstation nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die GPS-Funktionalität durch ein in die Mobilstation in
tegriertes GPS-Modul (GPS-DSV) bereitgestellt wird.
15. Mobilstation nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mobilstation und das GPS-Modul ein gemeinsames Hoch
frequenz-Teil (HF) benutzen.
16. Mobilstation nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß ein einziger Chipsatz-Prozessor (DSV) sowohl die UMTS-
als auch die GPS-Daten verarbeitet.
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