DE10004000A1 - Mobiles Kommunikationssystem - Google Patents

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.