-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem mit einer
zentralen Sendeeinrichtung, insbesondere einem Satelliten zum Übermitteln
von Datensignalen sowie einem Kommunikationsgerät zum Empfangen dieser Signale.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Kommunikationsgerät zur Nutzung
in einem derartigen System sowie ein Verfahren zur Optimierung des
Empfangs von Datensignalen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere
zur Verwendung in einem globalen Notruf-/Warnsystem vorgesehen sein.
-
Die Übermittlung
von Textinformationen im Rahmen des Short Message Service (SMS)
hat als Bestandteil der allgemeinen Kommunikation in den letzten
Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Ursache hierfür ist, dass
mit Hilfe von SMS-Nachrichten in einfacher Weise unterschiedlichste
Informationen sehr schnell übermittelt
werden können.
-
Die
vielfältigen
Einsatzmöglichkeiten
von SMS-Nachrichten legen es auch nahe, diese Art der Informationsübermittlung
in den Bereichen des Notrufs bzw. der Warnung von Personen vor bevorstehenden
Gefahren zu nutzen. Da Mobilfunktelefone allgemein verbreitet sind,
wäre es
durchaus überlegenswert,
im Falle eines Unfalls oder dergleichen mit Hilfe einer SMS-Nachricht
Hilfe anzufordern. Ferner könnten
SMS-Nachrichten
auch dazu benutzt werden, eine Vielzahl von Personen vor bevorstehenden
Gefahren zu warnen.
-
Die
Anforderungen an ein effektives Notruf-/Warnsystem sind extrem hoch,
da nur im Fall einer absolut zuverlässigen Datenübermittlung
die angestrebten Ziele erreicht werden können, nämlich eine schnelle und zuverlässige Anforderung
von Hilfe bzw. eine umfassende Warnung betroffener Personen oder
Gebiete sicherzustellen. Bislang existierende Kommunikationssysteme
bieten eine derart hohe Betriebssicherheit nicht, da eine generelle
Kommunikationsverbindung zwischen einem einzelnen Gerät und einer
zentralen Einrichtung nicht grundsätzlich gewährleistet ist. Insbesondere
decken bereits existierende Mobilfunknetze die Erdoberfläche noch
nicht lückenlos
ab.
-
Zur
Vermeidung dieses Problems wäre
gegebenenfalls der Einsatz von Satelliten als zentrale Sendeeinrichtungen
oder Relais-Stationen denkbar. In diesem Fall müsste allerdings sichergestellt
werden, dass auch tatsächlich
ein zuverlässiger
und fehlerfreier Empfang der Signale gewährleistet ist. Bereits jetzt
zur Verfügung
stehende Kommunikationssysteme auf Basis von satellitengestützter Datenübermittlung
machen den Einsatz sehr spezieller und teurer Endgeräte erforderlich,
was allerdings zur Bildung eines globalen und damit für möglichst
viele Personen nutzbaren Notruf-/Warnsystems nicht sinnvoll ist.
-
Das
zuvor geschilderte Problem stellt sich selbstverständlich nicht
nur bei der Übermittlung
von SMS- oder Textnachrichten über
einen Satelliten sondern allgemein bei jeder Art von Datenübertragung.
Grundsätzlich
ist man bestrebt, den Empfang der Signale möglichst zu optimieren.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zu Grunde,
Lösungen
anzugeben, den Empfang von Datensignalen weiter zu optimieren. Insbesondere
soll auch bei der Übermittlung
von Satellitensignalen sichergestellt sein, dass die an den Endgeräten eintreffenden
Signale möglichst
genau und zuverlässig
erkannt werden können.
-
Die
Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen definierte
Erfindung gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Kerngedanke
der vorliegenden Erfindung ist es, mit Hilfe eines Hilfssystems
das Empfangsverhalten der Kommunikationsgeräte zu optimieren, um einen
zuverlässigen
Empfang der Datensignale sicherzustellen. Erfindungsgemäß wird dementsprechend
ein Kommunikationssystem mit einer zentralen Sendeeinrichtung – insbesondere
einem Satelliten – zum Übermitteln
von Datensignalen sowie einem Kommunikationsgerät zum Empfangen dieser Datensignale
vorgeschlagen, wobei erfindungsgemäß das Kommunikationsgerät sein Verhalten
zum Empfangen der Datensignale auf Basis von ergänzenden Informationen abstimmt,
welche dem Kommunikationsgerät
getrennt von den Datensignalen übermittelt
werden.
-
Ferner
wird ein Kommunikationsgerät
zur Nutzung in einem entsprechenden Kommunikationssystem vorgeschlagen,
wobei das Kommunikationsgerät
zunächst
Empfangsmittel zum Empfangen der Datensignale aufweist, welche von
einer zentralen Sendeeinrichtung übermittelt werden. Erfindungsgemäß sind ferner
Mittel zum Empfangen von ergänzenden
Informationen vorgesehen, welche Auskunft hinsichtlich bestimmter
Eigenschaften der zu empfangenden Datensignale beinhalten, wobei
die Empfangsmittel des Kommunikationsgeräts ihr Empfangsverhalten auf
Basis der ergänzenden
Informationen abstimmen. Schließlich
wird auch ein Verfahren zum Übermitteln
und Empfangen von Datensignalen vorgeschlagen, wobei erfindungsgemäß ein zum
Empfangen der Signale vorgesehenes Kommunikationsgerät sein Verhalten
zum Empfangen der Datensignale auf Basis von ergänzenden Informationen abstimmt,
welche getrennt von den Datensignalen übermittelt werden.
-
Bei
diesen – beispielsweise
in einem getrennten Frequenzband – ergänzend zur Verfügung gestellten Informationen
kann es sich insbesondere um Information hinsichtlich der Positionen
und/oder Bewegungen des Kommunikationsgeräts und/oder der Sendeeinrichtung
handeln. Beispielsweise kann also vorgesehen sein, dass das Kommunikationsgerät zusätzlich einen
Navigationsempfänger
aufweist bzw. einen Navigationsempfänger dem Kommunikationsgerät zugeordnet
ist, mit dessen Hilfe Navigationsdaten über das Gerät selbst sowie über den
Satelliten bzw. die Sendeeinrichtung erhalten werden. Auf Basis
dieser Informationen kann dann beispielsweise das Kommunikationsgerät die Frequenz
des eintreffenden Datensignals besser abschätzen, da der aufgrund der Relativbewegung
zwischen dem Satelliten und dem Gerät auftretende Dopplereffekt berücksichtigt
werden kann. Auch eine verbesserte Abschätzung der Phase des Datensignals,
welche für
einen zuverlässigen
Empfang des Signals unerlässlich
ist, wird hierdurch gewährleistet.
-
Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
besteht darin, dass die ergänzenden
Informationen zur Optimierung des Empfangs der Datensignale zwar
von der gleichen Sendeeinrichtung, allerdings unabhängig von
den Datensignalen mit einer anderen Frequenz übertragen werden. Es könnte in
diesem Fall beispielsweise ein Satellit eines Navigationssystems
gleichzeitig auch als Sendeeinrichtung für das Kommunikationssystem
genutzt werden, um sowohl die Datensignale als auch die Navigationsinformationen
bereit zu stellen. In diesem Fall wird in besonders einfacher und
effektiver Weise ein optimierter Datenempfang durch das Kommunikationsgerät ermöglicht.
Die Maßnahmen
zur Erweiterung des Funktionsumfangs des Navigationssatelliten gemäß dieser
vorteilhaften Weiterbildung halten sich in Grenzen, so dass hierdurch
in besonders einfacher und effektiver Weise die Grundlagen für ein tatsächlich global
zur Verfügung
stehendes und zuverlässig
arbeitendes Notruf-/Warnsystem
geschaffen werden könnten.
-
Nachfolgend
soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden.
Es zeigen:
-
1 schematisch
die Bestandteile eines Notruf-/Warnsystems;
-
2 den
Ablauf eines Verfahrens zur Übermittlung
eines Notrufs von einem Kommunikationsgerät aus;
-
3a eine
denkbare Struktur eines Datenpakets zur Übermittlung einer Anfrage bei
dem Verfahren nach 2;
-
3b die
Struktur einer von einem Kommunikationsgerät übermittelten Textnachricht;
-
4 die
Struktur einer Antwortnachricht bei dem Verfahren nach 2;
-
5 ein
zeitliches Ablaufschema zur Übermittlung
eines Notrufs; und
-
6 schematisch
die Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Systems zum optimierten
Datenempfang.
-
1 zeigt
zunächst
schematisch die Bestandteile eines allgemein mit dem Bezugszeichen 1 versehenen
erfindungsgemäßen Kommunikationssystems,
welches insbesondere zur Realisierung eines globalen Notruf-/Warnsystems
genutzt werden kann. Wie später
noch näher
erläutert
wird, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zum optimierten
Datenempfang in besonderer Weise für den Datenaustausch bei einem derartigen
System.
-
Die
Zentrale des Notruf-/Warnsystems 1 wird entsprechend der
Darstellung durch eine zentrale Einrichtung 10, bspw. eine
Telefonleitzentrale gebildet, welche eingehende Notrufe von Teilnehmern
des Systems empfängt,
auswertet und – sofern
erforderlich – geeignete
Hilfsmaßnahmen
einleitet. Im Falle des Unfalls eines Teilnehmers kann durch die
Zentrale 10 bspw. ein Rettungswagen oder ein Rettungshubschrauber
informiert und zu der Unfallstelle beordert werden. Eine weitere
Aufgabe der Zentrale 10 besteht auch darin, eingehende Notrufe
zu bestätigen
und entsprechende Antworten zu übermitteln.
Schließlich
kann die Zentrale 10 auch als Leitstelle eines Warnsystems
genutzt werden und für
den Fall einer bevorstehenden Gefahr Informationen an die Teilnehmer
des Systems 1 senden.
-
Schematisch
dargestellt in 1 sind drei Teilnehmer des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems
welche im Hinblick auf ihre Ausgestaltung und Positionierung sehr
unterschiedlicher Natur sein können. Ein
erster Teilnehmer 20 wird bspw. durch ein Fahrzeug gebildet,
wobei das in dem Fahrzeug angeordnete Kommunikationsgerät dazu ausgestaltet
ist, im Falle eines Unfalls und bspw. der Auslösung eines Airbags Hilfe anzufordern.
Dies kann manuell durch den Benutzer des Fahrzeugs initiiert werden,
es wäre
allerdings durchaus denkbar, dass das Kommunikationsgerät automatisch
bei Auftreten eines schwereren Unfalls einen Notruf sendet.
-
Ein
zweiter Teilnehmer 21 wird durch ein tragbares Kommunikationsgerät gebildet,
welches insbesondere auch durch ein Mobiltelefon gebildet sein kann.
Dieses Telefon 21 weist dementsprechend neben den normalen
Möglichkeiten
zur Mobilfunktelephonie Erweiterungen auf, welche das Übermitteln
eines Notrufs bzw. das Empfangen einer entsprechenden Antwort oder
einer Warnmeldung ermöglichen.
-
Ein
dritter Teilnehmer ist beispielhaft durch ein Elektrogerät, bspw.
einen Fernseher 22, gebildet. Eine Besonderheit dieses
dritten Teilnehmers besteht darin, dass der Fernseher 22 innerhalb
eines Gebäudes 23 angeordnet
ist, was Auswirkungen auf die Möglichkeiten
zur Datenkommunikation hat. Das stationär genutzte Gerät 22 kann
in diesem Fall deshalb ausschließlich für den Empfang von Warninformationen
durch das System 1 vorgesehen sein, nicht allerdings zum Übermitteln
von Notrufen.
-
Anzumerken
ist, dass die Endgeräte
des erfindungsgemäßen Systems 1 sehr
vielfältig
ausgestaltet sein können
und unterschiedlichste Funktionen aufweisen können. Auch die Nutzung innerhalb
des erfindungsgemäßen Systems 1 kann
in unterschiedlicher Weise erfolgen. So kann – wie bereits erläutert – vorgesehen
sein, dass gewisse Geräte
ausschließlich
für den
Empfang von Warnmeldungen durch das System 1 geeignet sind,
während
hingegen andere Geräte
sowohl Notrufe (ggf. unter bestimmten Voraussetzungen automatisch) übermitteln
und ergänzend
hierzu auch Warninformationen empfangen können. Auch die im Rahmen des
Systems ergänzend
von den verschiedenen Teilnehmern 20, 21 und 22 genutzten
Informationen können
je nach Ausgestaltung der Geräte
unterschiedlicher Art sein.
-
Für die Kommunikation
zwischen den verschiedenen Teilnehmern 20, 21 und 22 und
der Zentrale 10 werden als Verbindungselemente Satelliten 30, 30-1, 30-2 eingesetzt, über welche
die Datenverbindung aufgebaut wird. Die Verbindung zur Zentrale 10 wird
hierbei mit Hilfe einer Sende-/Empfangsstation 11 ermöglicht, welche
in Verbindung mit der Zentrale 10 steht. Die Anordnung
der Satelliten und deren Anzahl ist vorzugsweise derart gewählt, dass
weltweit ein Verbindungsaufbau zwischen den Teilnehmern 20, 21, 22 und
einem der Satelliten 30 ermöglicht wird, wobei vorzugsweise
jeweils zumindest drei Satelliten 30 sich innerhalb des Sende-
und Empfangsbereichs eines Kommunikationsgerätes 20, 21, 22 befinden
sollten, um Alternativverbindungen im Falle des Ausfalls einer Datenverbindung
zu ermöglichen.
-
Die
zwischen den verschiedenen Komponenten des erfindungsgemäßen Systems 1 ausgetauschten Signale
können
entsprechend ihrer Nutzung innerhalb des Notruf-/Warnsystems unterschieden
werden. Eine erste Funktion des Systems 1 stellt wie bereits
erwähnt
die Abgabe eines Notrufs durch die Teilnehmer sowie die entsprechende
Beantwortung dieses Notrufs durch die Zentrale 10 dar.
Die hierbei entstehenden Kommunikationsverbindungen können nach
Richtung der übermittelten
Daten sowie entsprechend den verschiedenen Komponenten, zwischen
denen eine Kommunikationsverbindung besteht, wie folgt unterschieden
werden.
-
So
sind zunächst
zwei sog. Forward-Verbindungen vorgesehen, welche für die Übermittlung
von Informationen von der Zentrale 10 zu den Empfängern 20 und 21 genutzt
werden. Diese Forward-Verbindungen werden ferner noch danach unterschieden,
ob sie in Richtung auf den Satelliten 30 gerichtet sind
oder von diesem wegführen.
Dementsprechend erfolgt eine Übermittlung
von Informationen von der Zentrale 10 bzw. der Sende-/Empfangsstation 11 also über einen
sog. Forward-Uplink IU zum Satelliten 30 sowie über einen
Forward-Downlink ID von dem Satelliten 30 zu
den Kommunikationsgeräten 20, 21.
Die Übermittlung
von Informationen von den Endgeräten 20, 21 zu
der Zentrale 10 hin hingegen erfolgt über sog. Reverse-Verbindungen, genauer
gesagt über
einen Reverse-Uplink IIU von den Geräten 20, 21 zu
dem Satelliten 30 und einen Reverse-Downlink IID von dem Satelliten 30 zu der Sende-/Empfangsstation 11 der
Zentrale 10. Die verschiedenen Vorgehensweisen zur Datenübermittlung
insbesondere im Rahmen des Reverse-Uplinks IIU und
des Forward-Downlinks
ID werden später noch ausführlich erläutert, die
Kommunikation zwischen dem Satelliten 30 und der Sende-/Empfangsstation 11 hingegen
kann im Rahmen üblicher
Verfahren erfolgen, die nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung
sind.
-
Weitere
Kommunikationsverbindungen, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Notruf-/Warnsystems aufgebaut
werden, dienen entsprechend der zweiten Funktion des Systems 1 dazu,
Warninformationen zu übermitteln.
In diesem Fall, der nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist, ist nur eine Kommunikation in Richtung von der Zentrale 10 zu
den Endgeräten 21 und 22 vorgesehen,
es wird also wiederum ein (in üblicher
Weise aufgebauter) Forward-Uplink IIIU zu
dem Satelliten 30 sowie ein Forward-Downlink IIID von dem Satelliten 30 zu den Endgeräten 21, 22 gebildet.
-
Die
zum Aufbauen der verschiedenen Kommunikationsverbindungen genutzten
Frequenzbereiche können
unter Berücksichtigung
von Regulierungsbestimmungen prinzipiell in gewünschter Weise gewählt werden.
Wie allerdings bereits eingangs erläutert wurde, sollten die Endgeräte weitestgehend
auf bereits zum Einsatz kommenden Technologien basieren. Es hat
sich dementsprechend als vorteilhaft herausgestellt, für den Forward-Downlink
Frequenzen im sog. L-Band im Bereich zwischen 1,6455 und 1,6465
GHz und für
den Reverse-Uplink Frequenzen wiederum im L-Band im Bereich zwischen
1,544 und 1,545 GHz einzusetzen. Der Vorteil dieser Auswahl liegt
darin, dass diese Frequenzbereiche nahe an den von bereits existierenden
Mobilfunknetzen genutzten Frequenzen liegen und darüber hinaus
auch die im Rahmen von Navigationssystemen genutzten Frequenzbereiche
einschließen.
Sende- und Empfangsmittel zur Nutzung derartiger Frequenzen sind
somit bereits vielfach in Verwendung und können dementsprechend auch bei
Geräten
im Rahmen des erfindungsgemäßen Systems 1 eingesetzt
werden. Für
den Forward-Uplink werden vorzugsweise Frequenzen im sog. Ku-Band
zwischen 14 und 14,25 GHz und für
den Reverse-Downlink Frequenzen im X-Band im Bereich zwischen 10,7
und 11,7 GHz eingesetzt werden. Der Verteil der Wahl dieser Frequenzen
liegt darin, dass die hierzu genutzten Antennen geometrisch klein
gestaltet werden können.
Nochmals sei allerdings darauf hingewiesen, dass auch andere Frequenzen
für die
verschiedenen Signalwege zum Einsatz kommen könnten.
-
Im
folgenden soll der Datenaustausch zwischen einem Endteilnehmer 20, 21 und
dem Satelliten 30 im Rahmen eines Notrufs näher besprochen
werden. Hierbei soll der Benutzer des Geräts in der Lage sein, mittels
einer SMS- oder Textnachricht Hilfe anzufordern. Ferner soll für die Zentrale 10 feststellbar
sein, wo genau sich der Benutzer des Geräts aufhält.
-
Kritisch
ist in diesem Fall die Übermittlung
der Informationen von den Geräten 20, 21 zu
dem Satelliten 30, was auf die geringe Sendeleistung der
Geräte 20, 21 einerseits
sowie den hohen Datenverkehr andererseits zurückzuführen ist. Hierbei ist zunächst zu
berücksichtigen,
mit welcher Häufigkeit
die Abgabe eines Notrufs zu erwarten ist. Dabei haben statistische
Erhebungen gezeigt, dass die Hauptursache für die Initiierung von Notrufen
Verkehrsunfälle
sein werden. In Deutschland bspw. übersteigt die Anzahl von Verkehrsunfällen die
Anzahl denkbarer anderer Ereignisse bei weitem. Geht man davon aus,
dass die statistische Häufigkeit
für das
Auftreten eines Verkehrunfalls in Europa – was etwa dem Einzugsgebiet
eines Satelliten entspricht – in etwa
gleich ist, so ergibt sich eine ungefähre Frequenz von 0,36 Notrufen/s
für einen
einzelnen Satelliten. Da die Übermittlung
einer Notrufnachricht mehrere Sekunden in Anspruch nimmt, besteht
also die Gefahr, dass mehrere Endteilnehmer gleichzeitig versuchen,
einen Notruf an den Satelliten zu übermitteln. Die Überlappung dieser
Signale führt
aufgrund der niedrigen Sendeleistungen der Geräte allerdings letztendlich
dazu, dass der Satellit nicht mehr in der Lage ist, die Informationen
zu trennen und eindeutig zu identifizieren. Die Übermittlung beider Notrufe
würde in
diesem Fall also fehlschlagen.
-
Um
derartige Konfliktsituationen zu vermeiden, wird für die Übermittlung
eines Notrufs von einem Endteilnehmer und die Beantwortung dieses
Notrufs durch die Zentrale 10 des Systems 1 ein
spezielles Reservierungsverfahren vorgeschlagen, welches nachfolgend
anhand des Ablaufdiagramms von 2 näher erläutert werden
soll.
-
Grundgedanke
des schematisch in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Reservierungsverfahrens ist,
dass im Rahmen einer Initialisierungsprozedur das Kommunikationsgerät, welches
einen Notruf übermitteln
möchte,
zunächst
eine kurze Meldung an den Satelliten übermittelt und die Übertragung
eines Notrufs bzw. allgemein einer Nachricht ankündigt. Dem Gerät wird dann
ein entsprechender Übermittlungszeitraum
reserviert, in dem ausschließlich
das entsprechende Gerät
zur Übertragung
einer Nachricht befugt ist. Durch später noch näher erläuterte Maßnahmen stellt das Gerät dann sicher,
dass die Nachricht zeit- und frequenzgenau an dem Satelliten eintrifft,
so dass selbst bei niedrigen Sendeleistungen ein zuverlässiger Empfangs
ermöglicht wird.
-
Voraussetzungen
für diese
erfindungsgemäße Vorgehensweise
sind, dass das Endgerät
zusätzlich
einen Navigationsempfänger
aufweist, der ebenfalls in Kontakt mit dem Satelliten steht. Dem
Gerät ist
somit einerseits seine eigene Position, Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung
sowie andererseits die Position des Satelliten, dessen Geschwindigkeit
sowie dessen Bewegungsrichtung bekannt. Darüber hinaus können entsprechend
der vorliegenden Erfindung die von dem Navigationsempfänger als
zusätzliche
Hilfestellung erhaltenen Informationen dazu genutzt werden, das
Gerät nahezu
perfekt hinsichtlich Zeit und Frequenz auf den Satelliten zu synchronisieren,
so dass allenfalls Abweichungen im Nanosekundenbereich auftreten.
Diese Informationen helfen einerseits zur Optimierung des Datenempfangs
und können
andererseits dazu genutzt werden, frequenz- und zeitrichtig Informationen
an den Satelliten zu übermitteln.
Das in 2 dargestellte Verfahren stellt sich dementsprechend
wie folgt dar.
-
Nach
dem Auftreten eines Notfalls in Schritt S100 wählt das Gerät zunächst auf Basis der von dem Navigationsempfänger zur
Verfügung
gestellten Informationen hinsichtlich der Positionen und Bewegungen des
Kommunikationsgeräts
und der Satelliten einen geeigneten Satelliten aus, der aufgrund
seiner aktuellen Position eine bestmögliche Datenübertragung
gewährleistet.
Es wird also derjenige Satellit gewählt, bei dem die beste Empfangsleistung
im Hinblick auf die zu übermittelnden
Signale zu erwarten ist.
-
Darüber hinaus
ist dem Gerät
bekannt, auf welcher Frequenz der gewählte Satellit Informationen
empfangen kann. Es wird dementsprechend zunächst über die Sendemittel des Kommunikationsgeräts eine
erste Sendefrequenz fs1 ausgewählt, welche
unter Berücksichtigung
der Relativbewegung zwischen Satellit und Kommunikationsgerät ermittelt
wird, um die während
der Übermittlung
zu dem Satelliten auftretende Frequenzverschiebung aufgrund des
Dopplereffekts auszugleichen. Auf diese Weise ist also sichergestellt,
dass an dem Satelliten das Signal exakt mit der von ihm „bevorzugten" Empfangsfrequenz
eintrifft. Vorzugsweise nutzt der Satellit mehrere Empfangsfrequenzen
parallel, wobei dann eine dieser Frequenzen nach dem Zufallsprinzip
ausgewählt
wird und auf Basis dieser zufällig
gewählten
Empfangsfrequenz sowie der Navigationsinformationen die erste Sendefrequenz
fs1 bestimmt wird.
-
Desweiteren
ist im Rahmen des Reservierungsverfahrens vorgesehen, dass der Satellit
nur in bestimmten Zeitabschnitten Signale empfangen kann, mit denen
die Übertragung
einer Textinformation angekündigt
wird. Im Rahmen dieses sog. Slotted-Aloha-Verfahrens ist also vorgesehen, dass
nur innerhalb bestimmter Zeiträume
derartige Anfragen an dem Satelliten eintreffen. Zwar besteht auch
hier nach wie vor das Problem, dass beim gleichzeitigen Eintreffen
zweier Anfragen keines der Signale von dem Satelliten ausgewertet werden
kann, die Wahrscheinlichkeit einer Datenkollision bei einem derartigen
Verfahren, bei denen die Zeiträume
für Anfragen
fest vorgegeben sind, wird allerdings deutlich reduziert. Auf Basis
der Navigationsinformationen wird also in Schritt S101 desweiteren
noch ein Startzeitpunkt ts1 ausgewählt, zu
dem die Anfrage von dem Gerät
aus gesendet wird. Auch dieser Zeitpunkt wird nach dem Zufallsprinzip
gewählt
werden, jedoch mit der bereits genannten Einschränkung, dass das Signal letztendlich
zu einem „zulässigen" Zeitpunkt am Satelliten
eintrifft.
-
Anzumerken
ist, dass anstellte fest vorgegebener Zeiträume, innerhalb derer jeweils
eine Anfrage an dem Satelliten angenommen wird, auch ein größerer Zeitraum
für die Übermittlung
derartiger Anfragen zur Verfügung
gestellt werden könnte.
Die Wahrscheinlichkeit einer Datenkollision wäre in diesem Fall allerdings
etwas höher.
-
Nach
Auswahl der Sendefrequenz fs1 und des Sendezeitpunkt
ts1 wird dann im darauffolgenden Schritt S102
eine Anfrage an den Satelliten übermittelt,
in der – wie
bereits erwähnt – die Übermittlung
einer längeren Textnachricht
angekündigt
bzw. beantragt wird.
-
Ein
mögliches
Format für
eine derartige Anfrage ist in 3a dargestellt,
der entnommen werden kann, dass das Datenpaket aus insgesamt drei
Bereichen besteht.
-
Ein
erster Bereich
40-1 des gesamten Datenpakets
40 dient
dabei der Übermittlung
einer Kennnummer (ID) des Kommunikationsgeräts, über welches dieses eindeutig
identifizierbar ist. Entsprechend dem dargestellten Ausführungsbeispiel
weist dieser Bereich eine Länge
von 64 Bit auf. Der zweite Block
40-2 wird dazu genutzt,
bereits die Position des Geräts
sowie dessen aktuelle Bewegung zu übermitteln. Dieser Block weist eine
Länge von
88 Bit auf, die sich wie folgt zusammensetzen:
-
Ein
dritter Block 40-3 dient dazu, bereits im Rahmen einer
Kurznachricht Informationen über
die Art des Notruf anzukündigen.
Bspw. könnte
hierdurch die Schwere des Notfalls sowie die Art der benötigten Hilfe kodiert
werden. Insgesamt ergibt sich damit eine Länge von 160 Bit für dieses
Anfrage-Datenpaket 40.
-
Anzumerken
ist, dass die Ausgestaltung und Länge dieses ersten Datenpakets 40 auch
anders gewählt
werden könnte.
Wesentlich allerdings ist, dass dieses zur Anfrage an den Satelliten
genutzte Datenpaket deutlich kürzer
ist als die eigentliche Nachricht, die noch zu einem späteren Zeitpunkt übermittelt
wird. Auch die Verwendung eines Datenblocks zur Identifizierung
des Kommunikationsgeräts
ist erforderlich.
-
Entsprechend
der Darstellung in 2 wird das im Rahmen der Anfrage
gesendete Signal dann im Schritt S103 von dem Satelliten an die
Bodenstation weitergeleitet, wobei im darauffolgenden Schritt S104
von der Bodenstation überprüft wird,
ob die Anfrage einzeln am Satelliten eingetroffen ist und dementsprechend das
weitergeleitete Signal von der Bodenstation eindeutig ausgewertet
werden kann oder ob ggf. eine Überlappung
mit anderen Signalen – beispielsweise
Anfragen von anderen Teilnehmern des Kommunikationssystems – stattfand.
Der Satellit selbst ist also transparent, d.h. er leitet die Signale
in beide Richtungen weiter, ohne sie näher zu analysieren bzw. auszuwerten.
Lediglich eine Umsetzung in die verschiedenen Frequenzbereiche für die Uplinks
und Downlinks wird durch den Satelliten vorgenommen.
-
Konnte
an der Bodenstation bzw. der Zentrale 10 des Notrufsystems
eine einzelne Anfrage empfangen werden, so wird diese inhaltlich
ausgewertet, wobei dann in einem darauffolgenden Schritt S105 über den Satelliten
eine Bestätigungsnachricht
an das Kommunikationsgerät übermittelt
wird, deren Struktur 4 entnommen werden kann. Konnte
hingegen keine Anfrage empfangen werden, so wird das Kommunikationsgeräts auch
keine Antwort erhalten und dementsprechend nach einem gewissen Wartezeitraum
die Schritte S101 und S102 wiederholen, also versuchen, eine erneute
Anfrage an den Satelliten übermitteln.
-
Die
im Falle einer erfolgreichen Anfrage zurückgesendete Bestätigungsnachricht
weist entsprechend dem dargestellten Ausführungsbeispiel in 4 eine
Länge von
insgesamt 120 Bit auf und setzt sich aus fünf einzelnen Datenblöcken zusammen.
Ein erster Bock 42-1 stellt dabei eine (z.B. 32-Bit-lange)
Präambel
dar, welche von dem angesprochenen Empfänger dazu genutzt wird, sein
Empfangsverhalten auf das Sendeverhalten des Satelliten zu synchronisieren.
In dem zweiten Block 42-2 wird die Identifikationsnummer
des Teilnehmers wiederholt, um sicherzustellen, dass von mehreren
Endgeräten,
die zu einem früheren
Zeitpunkt eine Anfrage an den Satelliten übermittelt haben, ein einzelner
Teilnehmer angesprochen werden kann. Mit dem dritten Block 42-3 wird
mit Hilfe eines 8-Bit-langen Datenpakets eine Empfangsfrequenz fE kodiert, auf welcher der Satellit zu einem
späteren
Zeitpunkt die Notrufnachricht empfangen möchte. Der darauffolgende Block 42-4 kodiert
mit Hilfe von 4 Bit einen für
den Empfang dieser Nachricht festgelegten Zeitbereich tE.
Der letzte Block 42-5 dient dazu, im Rahmen einer Kurzantwort
den Empfang der Anfrage zu bestätigen
und ggf. weitere Informationen über
die Art der zur Verfügung
gestellten Hilfe mitzuteilen.
-
Wiederum
könnte
die Struktur dieser Rückmeldung
anderweitig gewählt
werden, wobei allerdings die Blöcke
zur eindeutigen Identifizierung des Kommunikationsgeräts sowie
zur Übermittlung
der festgelegten Empfangsfrequenz und Empfangszeit im Rahmen des
erfindungsgemäßen Verfahrens
erforderlich sind.
-
Nach
Erhalt dieser Informationen bestimmt das Endgerät in dem darauffolgenden Schritt
S106 unter Berücksichtigung
der ihm zur Verfügung
stehenden Navigationsinformationen eine geeignete Sendefrequenz fs2 sowie einen Sendezeitpunkt ts2 für die Übermittlung
der eigentlichen Notfallnachricht. Wiederum werden Frequenz und
Zeitpunkt in geeigneter Weise ermittelt, um sicherzustellen, dass
die Nachricht an dem Satelliten mit der zuvor festgelegten Empfangsfrequenz
fE und innerhalb des gewünschten Zeitraums tE eintrifft.
-
In
dem nächsten
Schritt S107 wird dann in der zuvor bestimmten Weise die Textnachricht übermittelt, wobei
hier ein Datenformat entsprechend der Darstellung in 3b gewählt wird.
Diese Nachricht 41 besteht dementsprechend wiederum aus
zwei Blöcken 41-1 und 41-2 zur Übermittlung
der Identifizierungsnummer sowie zur Mitteilung von Navigationsinformationen über den
Empfänger.
Ein dritter Block (bspw. mit einer Länge von 1.600 Bit) stellt dann
schließlich
die eigentliche Nachricht bzw. den Notruf dar.
-
Aufgrund
des zuvor durchgeführten
Initialisierungsverfahrens bzw. der Reservierung eines bestimmten
Empfangszeitraums ist sichergestellt, dass die Nachricht ungestört von anderweitigen
Informationen als einzige zu dem vorgegebenem Empfangszeitpunkt
an dem Satelliten eintrifft. Eine Überlappung mit anderweitigen
Signalen wird hierdurch also ausgeschlossen, was besonders wichtig
ist, um während
des verhältnismäßig langen Übermittlungszeitraums
eine Datenkollision zu vermeiden. Es ist also sichergestellt, dass
die eigentliche Notfallnachricht ungestört an den Satelliten übermittelt
und dort zuverlässig
ausgewertet werden kann.
-
In
den Schritten S108 und S109 schließlich erfolgt die Weiterleitung
der Nachricht an die Bodenstation sowie eine erneute Bestätigung über den
Satelliten. Für
die Bestätigung
wird wiederum das in 4 dargestellte Datenformat verwendet,
wobei die Datenblöcke
hinsichtlich der Frequenz und des Empfangszeitpunkts nunmehr allerdings
leer bleiben. Sollte hingegen die Übermittlung der Nachricht fehlgeschlagen
sein, so könnte
dies ggf. mit Hilfe des fünften
Datenblocks 42-5 angezeigt werden und der Teilnehmer zu
einer erneuten Übermittlung
der Notfallnachricht aufgefordert werden. In diesem Fall würden wiederum
eine neue Empfangsfrequenz sowie ein Empfangszeitraum festgelegt
und übermittelt
werden.
-
In 5 ist
die besondere Vorgehensweise zur Übermittlung einer Notfallnachricht
entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren
nochmals anhand eines Zeitschemas dargestellt. Dieser Darstellung
kann insbesondere auch entnommen werden, dass das zeitliche Empfangsverhalten
des Satelliten in zwei alternierende Zeitabschnitte TA und
TE unterteilt werden kann, wobei der erste
Zeitabschnitt TA dazu dient, die Anfragen von
den verschiedenen Kommunikationsgeräten zu empfangen und in weitere
kleinere Zeitabschnitte Ta unterteilt ist,
die jeweils für
den Empfang einer Anfrage vorgesehen sind. Der zweite Teilabschnitt
TE ist zum Empfang genau einer SMS-Nachricht
vorgesehen.
-
Entsprechend
der Darstellung übermittelt
somit ein Teilnehmer A zum Zeitpunkt ts1 eine
Anfrage 50, wobei dieser Zeitpunkt derart gewählt ist,
dass diese Anfrage genau innerhalb eines vorgegebenen Zeitabschnitts
Ta des Zeitraums TA für den Empfang
von Anfragen an dem Satelliten eintrifft. Nach Weiterleitung dieser
Anfrage an die Bodenstation erfolgt die Rückmeldung über die erste Bestätigungsnachricht 51,
mit der der Teilnehmer A über
den für
ihn vorgesehen Empfangszeitpunkt tE sowie
die entsprechende Frequenz informiert wird. Wie der Darstellung
entnommen werden kann, erfolgt diese Rückmeldung unabhängig von
der gleichzeitig vorgenommenen Übertragung
einer Nachricht 55, die von einem zweiten Teilnehmer B
derart übermittelt wurde,
dass sie innerhalb des früheren
Empfangszeitraums TE für Textnachrichten am Satelliten
eintrifft.
-
Auf
Basis der im Rahmen der ersten Rückmeldung 51 erhaltenen
Informationen und unter Berücksichtigung
der Navigationsdaten ermittelt dann der Teilnehmer A den Zeitpunkt
ts2, zu dem die Übermittlung der Textnachricht
gestartet wird, und zwar derart, dass sie zum vorgegebenen Zeitpunkt
tE am Satelliten eintrifft. Nach erfolgreicher
Weiterleitung und Auswertung an der Bodenstation erfolgt dann die
zweite Rückmeldung 53.
-
Wesentlich
ist also, dass die Teilnehmer ihr Sendeverhalten derart abstimmen,
dass sowohl die Anfragen als auch die eigentlichen Textnachrichten
in geeigneter Weise an dem Satelliten eintreffen und dort optimal empfangen
werden können.
Dies gilt selbstverständlich
nicht für
die verschiedenen Rückmeldungen
von dem Satelliten an die Teilnehmer, da der Satellit sein Sendeverhalten
nicht auf jeden einzelnen Teilnehmer abstimmen kann. Auch in diesem
Fall können
allerdings die dem Teilnehmern ergänzend zur Verfügung gestellten Navigationsinformationen
sowie die anderweitigen Informationen über das zeitliche Sendeverhalten
des Satelliten genutzt werden, um das Empfangsverhalten der Teilnehmer
auf den Satelliten abzustimmen. Allein auf Basis dieser (Hilfs-)Informationen
kann somit bereits eine Synchronisation bzw. Abschätzung der
Phasenlage des Antwortsignals erzielt werden, um einen optimalen
Datenempfang an den verschiedenen Teilnehmern sicher zu stellen.
Ergänzend
hierzu wird dann auch die Präambel 42-1 der
Rückmeldung 42 in 4 genutzt. Allerdings
muss diese Präambel
nicht zwingend Bestandteil jeder einzelnen Rückmeldung durch den Satelliten sein.
Es wäre
durchaus auch denkbar, die Präambel
nur in regelmäßigen Zeitabschnitten
den Rückmeldungen anzufügen.
-
Insgesamt
wird somit durch die angegebenen Maßnahmen sichergestellt, dass
eine fehlerfreie Datenübertragung
zwischen dem Kommunikationsgerät
der Endteilnehmer und dem Satelliten in beiden Richtungen erfolgen
kann. Hierfür
sind einerseits das abgestimmte zeitliche Sendeverhalten der Teilnehmer
sowie das abgestimmte Empfangsverhalten der Teilnehmer auf Basis
der ergänzend
zur Verfügung
stehenden Informationen hinsichtlich des Sendeverhaltens des bzw.
der Satelliten verantwortlich.
-
Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise
zum optimierten Datenempfang ist nochmals in 6 verdeutlicht.
Dargestellt ist schematisch ein erster Sender S1, bei dem es sich beispielsweise
um den Sender des Satelliten 30 für die Nachrichten- bzw. Informationsübermittlung
handeln kann. Die von diesem ersten Sender E1 übermittelten Daten sollen von
den ersten Empfangsmitteln E1 des Kommunikationsgeräts 20, 21 empfangen
werden. Grundsätzlich
wäre eine Übermittlung
der Daten über
diesen ersten Datenlink L1 sowie die Auswertung an Daten an den
Empfangsmitteln E1 aufgrund der Präambeln bereits möglich, da
diese Präambeln ein
Synchronisieren der ersten Empfangsmittel E1 auf den ersten Sender
S1 ermöglichen.
-
Erfindungsgemäß werden
dem Kommunikationsgerät 20, 21 allerdings über einen
zweiten Datenlink L2 getrennt – und
beispielsweise in einem anderen Frequenzbereich – von den über den ersten Link L1 übermittelten
Daten Hilfsinformationen zur Verfügung gestellt. Diese Hilfsinformationen
werden von einem zweiten Sender S2 des Satelliten – insbesondere
dem Sender zum Übermitteln
der Navigationsinformationen – übermittelt
und von zweiten Empfangsmitteln E2 des Kommunikationsgeräts 20, 21 empfangen.
Diese Hilfsinformationen erlauben einen Rückschluß auf das Sendeverhalten des
ersten Senders S1, da dieser sein Verhalten nach dem durch die Navigationseinheit
des Satelliten 30 vorgegebenen Zeitschema ausrichtet. Durch
die Weiterleitung der von den zweiten Empfangsmitteln E2 empfangenen
Hilfsinformationen an die ersten zweiten Empfangsmittel E1 können diese
wiederum ihr Empfangsverhalten auf das ihnen nunmehr bekannte Sendeverhalten
des ersten Senders E1 ausrichten.
-
Beispielsweise
kann also vorgesehen sein, dass der erste Sender S1 zu jeder vollen
Sekunde Antwortsignale an die verschiedenen Teilnehmer des Kommunikationssystems übermittelt,
wobei die Zeitbasis hierfür
dem Navigationssystem des Satelliten 20 entnommen wird.
Da den ersten Empfangsmitteln E1 diese Informationen über das
Zeitverhalten des Navigationssystems ebenfalls zur Verfügung stehen, „wissen" diese also, zu welchen
Zeitpunkten und mit welcher Frequenz Signale eintreffen werden.
Wie bereits oben erwähnt wurde,
kann auf diese Weise eine nahezu perfekte Synchronisation zwischen
dem ersten Sender S1 und den Empfangsmitteln E1 erzielt werden,
wobei allenfalls Abweichungen im Bereich von Nanosekunden auftreten. Der
Empfang der Datensignale auf dem ersten Link 1 wird hierdurch deutlich
optimiert.
-
Anzumerken
ist, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn sowohl die Sender S1,
S2 als auch die Empfangsmittel E1, E2 Bestandteil jeweils eines
einzigen Geräts
sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
des Notrufsystems ist dies ohnehin der Fall, da die Kommunikationsgeräte zusätzlich auch
einen Navigationsempfänger
aufweisen. Auch die vollkommen getrennte Übermittlung der Hilfsinformationen
wäre allerdings
denkbar.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
erlaubt damit einen optimalen Empfang der Bestätigungsinformationen im Rahmen
des Notrufverfahrens. Selbstverständlich könnte die Nutzung der Hilfsinformationen
allerdings auch beim Empfang der allgemeinen Warnnachrichten erfolgen.
Allgemein erlaubt die erfindungsgemäße Vorgehensweise einen deutlich
zuverlässigeren
Empfang von Daten aller Art.
-
Den
obigen Erläuterungen
der verschiedenen Funktionen des erfindungsgemäßen Systems kann entnommen
werden, dass die Endgeräte, über die
eine Kommunikation mit dem Satelliten bzw. der Zentrale des Notruf-/Warnsystems
erfolgt, unterschiedlichst ausgestaltet sein können. Üblicherweise weisen diese Geräte allerdings
jeweils einen Navigationsempfänger
auf, um im Rahmen des erfindungsgemäßen Übertragungsverfahrens auf die
benötigten
Hilfs- bzw. Navigationsinformationen zurückgreifen zu können. Diese
Geräte
können
bspw. durch tragbare Kommunikationsgeräte gebildet sein. Es wäre allerdings
auch denkbar, derartige Geräte
in Fahrzeugen, wie Flugzeugen, Schiffen oder Kraftwagen zu installieren.
Insbesondere bei der Anordnung derartiger Geräte in Fahrzeugen könnte darüber hinaus
auch vorgesehen sein, dass die Abgabe eines Notrufs automatisch
im Falle eines Unfalls oder dgl. initiiert wird. Selbstverständlich ist
in diesem Fall die Anordnung des Kommunikationsgeräts an einer
Stelle vorteilhaft, die von Unfällen
möglichst
wenig betroffen ist. Selbstverständlich
ist in diesem Fall die Anordnung des Kommunikationsgeräts an einer
Stelle vorteilhaft, die von Unfällen
möglichst
wenig betroffen ist. Bei der Anordnung in einem Fahrzeug bspw. wäre die Montage
innerhalb der Fahrgastzelle – insbesondere
am Armaturenbrett – sinnvoll,
da in diesem Bereich die größte Sicherheit
vor ungewollten Beschädigungen
besteht.
-
Insgesamt
gesehen wird somit durch die vorliegende Erfindung ein satellitengestütztes Kommunikationssystem
zur Verfügung
gestellt, welches eine zuverlässige Übermittlung
von Textinformationen ermöglicht. Durch
den verbesserten Datenempfang besteht nunmehr die Möglichkeit,
ein globales Notruf-/Warnsystem zu bilden, welches einen Datenaustausch
mit der erforderlichen Zuverlässigkeit
ermöglicht.