DE102017122110A1

DE102017122110A1 - Method for voice and data communication via navigation satellite systems for position determination

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Publication number: DE102017122110A1
Application number: DE102017122110.7A
Authority: DE
Inventors: Matthias Gerwert; Norbert Augustin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-09-25
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2019-03-28

Abstract

Verfahren zur Sprach- und Datenkommunikation über Satellitennavigationssysteme, bei denen ein Satellitennavigations-Signal unter Nutzung der Trägerfrequenzen L1 und L2 gebildet aus 25 Blöcken verwendet wird, die wiederum in 5 Teilblöcke aus je 10 Worten unterteilt sind, wobei über die Worte TLM und HOW des jeweils ersten Teilblockes der ersten drei Blöcke des Satellitennavigations-Signals durch eine Modifikation der Trägerfrequenz L2 eine Frequenzänderung durchgeführt wird, wodurch eine Sprach- und Datenübertragung ermöglicht wird.Method for voice and data communication via satellite navigation systems, in which a satellite navigation signal is used using the carrier frequencies L1 and L2 formed of 25 blocks, which are in turn subdivided into 5 sub-blocks of 10 words, wherein the words TLM and HOW of each first sub-block of the first three blocks of the satellite navigation signal by a modification of the carrier frequency L2, a frequency change is performed, whereby voice and data transmission is enabled.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sprach- und Datenkommunikation über Navigationssatellitensysteme zur Positionsbestimmung.The invention relates to a method for voice and data communication via navigation satellite systems for position determination.

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine neue Form einer satellitenunterstützten Sprach- und Datenkommunikation, insbesondere zur mobilen Kommunikation. Es soll daher einleitend der Stand der Technik im Bereich des Mobilfunks kurz betrachtet werden. Der weltweite Standard ist die Nutzung von Mobiltelefonen insbesondere Smartphones in öffentlichen Mobilfunknetzen, die von Mobilfunkbetreibern zur Verfügung gestellt werden.The present invention describes a new form of satellite-assisted voice and data communication, in particular for mobile communication. It should therefore be considered briefly the state of the art in the field of mobile telephony. The worldwide standard is the use of mobile phones, in particular smartphones in public mobile networks, which are provided by mobile operators.

Die Kommunikation erfolgt über Mobiltelefone, die mit Mobilfunk-Basisstationen in Verbindung stehen, wobei das Mobiltelefon mit der Mobilfunk-Basisstation als Sende- und Empfangsstation stets in regelmäßigem Kontakt steht. So registriert das Mobilfunknetz stets, in welcher Funkzelle sich ein Teilnehmer gerade befindet. Bei einem Anruf sendet das Mobiltelefon die gewünschte Rufnummer und nach Herstellung der Verbindung sofort das Gespräch per Funkwellen an die Mobilfunk-Basisstation. Dabei definiert jede Basisstation eine geografische Fläche (Funkzelle) in Abhängigkeit von der Anzahl der potentiellen Mobilfunknutzer in dem jeweiligen Gebiet.The communication takes place via mobile telephones, which are connected to mobile radio base stations, wherein the mobile telephone is always in regular contact with the mobile radio base station as the transmitting and receiving station. Thus, the mobile network always registers in which radio cell a subscriber is currently located. When a call the mobile phone sends the desired number and after establishing the connection immediately the call by radio waves to the mobile base station. Each base station defines a geographical area (radio cell) depending on the number of potential mobile users in the respective area.

Die erforderliche Infrastruktur besteht aus Mobilfunktelefonen (GSM, UMTS, LTE), Basisstationen (Funkmasten) und Vermittlungsstellen sowie einem Kabelnetz. Die Basisstation ist über Kabel-oder Richtfunkverbindung mit den Vermittlungsstellen verbunden, von denen aus ein Anruf vom Mobiltelefon zum gewünschten Gesprächspartner wieder über eine Basisstation ins Mobilfunknetz (auch in die Netze unterschiedlicher Netzbetreiber) oder ins Festnetz geleitet wird.The required infrastructure consists of mobile telephones (GSM, UMTS, LTE), base stations (radio masts) and exchanges as well as a cable network. The base station is connected via cable or radio link to the exchanges, from which a call from the mobile phone to the desired party is routed again via a base station in the mobile network (also in the networks of different network operators) or landline.

Hierbei ist problematisch, dass selbst in den grundsätzlich gut ausgebauten Mobilfunknetzen der westlichen Industrienationen Gebiete verbleiben, in denen der Mobilfunkempfang erschwert oder auch unmöglich ist, da kein Netz erreichbar ist. Erforderlich ist stets ein in der Nähe befindlicher Mobilfunkmast des eigenen Providers oder eines Roaming-Partners.Here it is problematic that remain even in the basically well-developed mobile networks of western industrial nations areas in which the mobile phone reception is difficult or impossible, since no network is reachable. It is always necessary to have a nearby mobile mast of your own provider or a roaming partner.

Neben dieser meistverbreiteten Kommunikationsform ist die IP-Telefonie, auch Internet-Telefonie oder Voice over IP genannt, eine weitere Alternative der Sprachkommunikation, die über Computernetzwerke nach Internet-Standards abläuft, wobei die Sprache über ein Datennetzwerk übertragen wird. Dies kann über spezielle Telefonendgeräte für IP-Telefonie, herkömmliche, über spezielle Adapter angeschlossene Telefone oder auch Computer erfolgen. Auf zugeordnete Leitungen im Sinne der klassischen Telefonie wird so verzichtet, da die Sprache in digitalisierter Form kleiner Daten-Pakete mittels eines Internetprotokolls transportiert wird.In addition to this most common form of communication, IP telephony, also known as Internet telephony or Voice over IP, is another alternative voice communication that runs over computer networks according to Internet standards, with the voice being transmitted over a data network. This can be done via special telephone terminals for IP telephony, conventional telephones connected via special adapters or even computers. On assigned lines in the sense of classical telephony is omitted, since the language is transported in digitized form of small data packets using an Internet Protocol.

Folgende Probleme können hierbei allerdings nachteilig wirken:

- Die Gesprächsqualität kann sehr gut sein, sie kann aber auch schwanken oder Aussetzer haben, was sowohl hardwarebedingt (Routereinstellungen) sein oder an instabilen DSL-Leitung des DSL-Anbieterliegen liegen kann.
- Gegenüber herkömmliche Telefonanschlüsse führen hier Störeinflüssen direkt zu Aussetzern oder Gesprächsabbrüchen.
- Bei einem Stromausfall fällt IP-Telefonie in der Regel aus, da der Router ohne Strom ist.
- Zudem ist gewöhnungsbedürftig, dass es nach dem Wählen einige Sekunden dauert, bis das Freizeichen ertönt.

However, the following problems can be disadvantageous:

- The call quality can be very good, but it can also fluctuate or have dropouts, which may be both hardware-related (router settings) or may be due to unstable DSL line of the DSL provider lie.
- In contrast to conventional telephone connections, interference leads directly to dropouts or call drops.
- In the event of a power failure, IP telephony usually fails because the router is without power.
- In addition, it takes some getting used to, that after dialing takes a few seconds, until the dial tone sounds.

Eine Alternative hierzu stellt der Satellitenfunk dar mit Satellitenkommunikationsnetzen wie Iridium, Inmarsat, Thuraya oder Globalstar. Die erforderliche Infrastruktur besteht hierfür aus Satellitentelefonen, einer großen Zahl von Satelliten, Vermittlungsstellen sowie Richtantennen zur Nutzung in Gebäuden.An alternative to this is satellite communications with satellite communications networks such as Iridium, Inmarsat, Thuraya or Globalstar. The required infrastructure consists of satellite telephones, a large number of satellites, exchanges and directional antennas for use in buildings.

Beim Satellitenfunk kommunizieren spezielle Satellitentelefon-Endgeräte direkt mit den Satelliten des jeweiligen Anbieters, die in der Regel untereinander durch Intersatellitenlinks oder Basisstationen (bspw. bei Globalstar ist eine Kommunikation der Satelliten untereinander nicht möglich) verbunden sind. Dabei wird eine aktive Verbindung so lange von Satellit zu Satellit vollautomatisch weiter vermittelt, ohne dass die Gesprächsteilnehmer vom Satellitenwechsel etwas bemerken, bis sich einer der Satelliten mit einem Satellitentelefon-Endgerät verbinden kann oder sich in der Reichweite einer Vermittlungsstelle befindet und das Gespräch in existente erdgebundene Telefonnetze eingespeist werden kann. Ein Gesprächsabbruch erfolgt, wenn der Intersatellitenlink aufgrund ungünstiger Höhenwinkel unmöglich wird. Für die Kommunikation in Gebäuden sind zusätzliche Richtantennen erforderlich.In satellite broadcasting, special satellite telephone terminals communicate directly with the satellites of the respective provider, which are usually connected to one another by means of intersatellite links or base stations (for example Globalstar does not allow communication among the satellites). In this case, an active connection is fully automatically transmitted from satellite to satellite, without the call participants notice anything about the satellite change until one of the satellites can connect to a satellite phone terminal or is within range of an exchange and the call is in existing terrestrial Telephone networks can be fed. A conversation is canceled if the Intersatellitenlink becomes impossible due to unfavorable elevation angles. For indoor communication, additional directional antennas are required.

Hierbei ist von Vorteil, dass in vielen Gegenden der Erde Satellitenfunk die einzige Kommunikationsmöglichkeit darstellt. Überall dort, wo keine Festnetzleitungen und Funktelefonnetze wie GSM, UMTS, LTE existieren, insbesondere in dünn besiedelten Gebieten (Osteuropa, Sibirien, Afrika, Südamerika, Australien, Canada, Polarregionen, Steppen- und Wüstengebiete) lohnt es sich aus Sicht der Netzanbieter/-Betreiber wirtschaftlich nicht, die erforderliche Infrastruktur zu errichten. Satellitenfunk ist dort häufig die einzige Möglichkeit zu kommunizieren.It is advantageous that in many areas of the world satellite broadcasting is the only means of communication. Wherever there are no landlines and wireless networks such as GSM, UMTS, LTE exist, especially in sparsely populated areas (Eastern Europe, Siberia, Africa, South America, Australia, Canada, polar regions, steppe and desert areas), it pays off from the network providers / - Operators are not economically efficient to build the required infrastructure. Satellite broadcasting is often the only way to communicate.

Nachteilig beim etablierten Satellitenfunk ist, dass es aufgrund des sehr hohen finanziellen Aufwandes, ausreichend Satelliten in eine Erdumlaufbahn zu bringen, nur wenige Satellitensystem-Anbieter gibt. Auch die Zahl der Satelliten selbst blieb bis dato deutlich unter deren ursprünglichen Planungen. Im Ergebnis liegen daher die Kosten für die Endgeräte und die Netznutzung deutlich über denen der Mobilfunkanbieter. A disadvantage of the established satellite radio is that there are only a few satellite system providers due to the very high financial cost of bringing sufficient satellites into orbit. Even the number of satellites themselves has remained significantly below their original plans to date. As a result, the costs for the terminals and the network usage are significantly higher than those of the mobile service providers.

Neben den beschriebenen Systemen für Satellitenkommunikation werden weitere bereits vorhandene Satellitensysteme wie Navstar GPS, zur Positionsbestimmung und Navigation eingesetzt. Dies ist ein globales Navigationssatellitensystem mit 21 bis 30 aktiven Satelliten zur Positionsbestimmung.In addition to the described systems for satellite communication, other existing satellite systems such as Navstar GPS, for positioning and navigation are used. This is a global navigation satellite system with 21 to 30 active satellites for positioning.

Die Positionsbestimmung erfolgt hierbei durch von den Satelliten ausgesendete Signale, welche die genaue Lokalisierung eines GPS Senders/Empfängers ermöglichen. Das GPS-Signal steht jedem GPS Empfänger kostenlos zur Verfügung. Auch die Hersteller von GPS Modulen z.B. für Mobilfunkgeräten, Navigationsgeräte wie TomTom, Garmin u.a. zahlen an die Satellitenbetreiber kein Gebühren.The position is determined by signals emitted by the satellites, which enable the exact location of a GPS transmitter / receiver. The GPS signal is available free of charge to any GPS receiver. Also the manufacturers of GPS modules e.g. for mobile devices, navigation devices such as TomTom, Garmin u.a. pay to the satellite operators no fees.

GPS hat sich als das weltweit wichtigste Ortungsverfahren etabliert und wird in allen gängigen Navigationssystemen/-Geräten mit einer geräteabhängigen Genauigkeit von bis zu 10 cm insbesondere auch im Außenbereich, in Fahrzeugen und Mobiltelefonen/Smartphones genutzt. Gleiches gilt für die Luft-, Land- und Seefahrtnavigation, bei der Landvermessung, der Land-und Forstwirtschaft und vielen weiteren Anwendungen. Um das GPS-Signal in Gebäuden ebenfalls optimal empfangen zu können ist ein GPS-Verstärker bzw. eine -Antenne erforderlich.GPS has established itself as the world's most important location method and is used in all common navigation systems / devices with a device-dependent accuracy of up to 10 cm, especially in outdoor areas, in vehicles and mobile phones / smartphones. The same applies to air, land and sea navigation, land surveying, agriculture and forestry and many other applications. In order to receive the GPS signal in buildings also optimally a GPS amplifier or an antenna is required.

Mit dem amerikanischen NAVSTAR GPS vergleichbare Satellitennavigationssysteme sind z.B. GLONASS (Russland), Galileo (Europa) und Bei Dou (China) die z.T. mit NAVSTAR GPS kompatibel (Galileo und GLONASS) sind.Satellite navigation systems comparable to the American NAVSTAR GPS are e.g. GLONASS (Russia), Galileo (Europe) and Bei Dou (China) the z.T. compatible with NAVSTAR GPS (Galileo and GLONASS).

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es vor diesem Hintergrund, die Vorzüge der beschriebenen satellitengestützten Kommunikation und Positionierung mit denen der terrestrischen Mobilfunknetze zu verbinden und ein neues Verfahren zur Sprach- und Datenkommunikation über Navigationssatellitensysteme zu schaffen.Against this backdrop, the object of the present invention is to combine the advantages of the satellite-based communication and positioning described with those of the terrestrial mobile radio networks and to provide a new method for voice and data communication via navigation satellite systems.

Dies wird erfinderisch gelöst durch ein Verfahren zur Sprach- und Datenkommunikation über Navigationssatellitensysteme zur Positionsbestimmung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This is inventively achieved by a method for voice and data communication via navigation satellite systems for position determination with the features of claim 1.

Die Unteransprüche haben Ausgestaltungen dieses erfindungsgemäßen Verfahrens zum Gegenstand.The subclaims have embodiments of this method according to the invention the subject.

Die Erfindung umfasst die Umsetzung einer technischen Lösung zur Nutzung von Navigationssatelliten für die Sprach- und Datenkommunikation zwischen zwei und/oder mehreren mit Navigation (GPS) ausgestatteten Geräten (z.B. Telefone, Navigationsgeräte usw.). Im Einsatz befindliche Satelliten bestehender Navigationssatellitensysteme können mit dieser Lösung ohne einen technischen Eingriff am Satelliten und ohne zusätzliche Infrastrukturmaßnahmen und Kosten zukünftig einer weiteren zivilen Nutzung über die bereits bekannte Nutzung zur Navigation und Positionierung hinaus zugeführt werden.The invention comprises the implementation of a technical solution for the use of navigation satellites for voice and data communication between two and / or more devices equipped with navigation (GPS) (for example, telephones, navigation devices, etc.). In-use satellites of existing navigation satellite systems can be supplied with this solution without a technical intervention on the satellite and without additional infrastructure measures and costs in the future of a further civilian use beyond the already known use for navigation and positioning addition.

Damit ergänzt diese Lösung die übliche Mobilfunknetzkommunikation und deren aufwändige Infrastruktur. Ebenso ergänzt diese Lösung den Satellitenfunk über kommerzielle Anbieter und stellt eine neue Alternative dar.This solution complements the usual mobile network communication and its complex infrastructure. This solution also complements satellite broadcasting via commercial providers and represents a new alternative.

Mit diesem Lösungsansatz kommuniziert bspw. ein mit GPS ausgestattetes Mobiltelefon direkt über die Satelliten eines Navigationssatellitensystems, die untereinander durch Intersatellitenlinks verbunden sind bspw. mit einem anderen GPSfähigen Mobiltelefon. Dabei wird eine aktive Verbindung so lange von Navigationssatellit zu Navigationssatellit vollautomatisch weiter vermittelt, ohne dass die Gesprächsteilnehmer vom Satellitenwechsel etwas bemerken, bis sich einer der Navigationssatelliten mit einem Empfangsgerät verbinden kann.With this approach, for example, a mobile phone equipped with GPS communicates directly via the satellites of a navigation satellite system, which are interconnected by intersatellite links, for example with another GPS-enabled mobile phone. In this case, an active connection is further automatically transmitted from navigation satellite to navigation satellite without the call participants noticing something about the satellite change until one of the navigation satellites can connect to a receiving device.

Die ständige Verfügbarkeit von stets vier und mehr Navigationssatelliten in Navigationssatellitensystemen wie GPS verhindert Gesprächsabbrüche wie sie bei den derzeit genutzten Satellitenfunksystemen häufig vorkommen können. Die Eindeutigkeit der Verbindung zwischen den satellitennavigationsfähigen Geräten (Sender und Empfänger) wird hierbei über eine eindeutige Satellitennavigations-Identifikationsnummer als Telefonnummer z.B. durch die Nutzung einer App-Anwendung bereitgestellt.The constant availability of four or more navigation satellites in navigation satellite systems such as GPS prevents call cancellations as they frequently occur in the currently used satellite radio systems. The uniqueness of the connection between the satellite-navigation-capable devices (transmitter and receiver) is hereby transmitted via a unique satellite navigation identification number as telephone number, e.g. provided by the use of an app application.

Die hierfür erforderliche Infrastruktur besteht aus Mobiltelefonen mit Satellitennavigations-Modul und den bereits vorhanden Navigationssatellitensystemen, in Gebäuden mit zusätzlicher Richtantenne oder alternativen Technologien mit reflektierenden Funksignalen. Insofern ist ein großer Vorteil dieses Verfahrens, dass Infrastrukturmaßnahmen zu dessen Nutzung nicht zu leisten sind bzw. bereits beim Aufbau der bestehenden Navigationssatellitensysteme geleistet worden sind und so durch das erfindungsgemäße Verfahren mitgenutzt werden können.The necessary infrastructure consists of mobile phones with satellite navigation module and the already existing navigation satellite systems, in buildings with additional directional antenna or alternative technologies with reflective radio signals. In this respect, a major advantage of this method is that infrastructure measures for its use can not be afforded or have already been made in the construction of the existing navigation satellite systems and can thus be shared by the method according to the invention.

Es muß zuerst der grundsätzliche Aufbau der Satellitennavigations-Signalstruktur betrachtet werden. Es ist zunächst eine geeignete Trägerfrequenz zu wählen, die bestimmte Bedingungen erfüllen muss:

- Eine Frequenz unterhalb 2 GHz zur Vermeidung von Richtantennen in der Empfangseinheit,
- Vermeidung von Verzögerungen, wie diese in den Frequenzbereichen kleiner 100 MHz und größer 10 GHz auftreten,
- sehr tiefe Frequenzen wirken sich negativ auf die Laufzeitberechnung aus
- eine große Bandbreite für die Trägerfrequenz ist von Vorteil, es muss so ein entsprechender Bereich mit hoher Frequenz und mit der Möglichkeit zu großer Bandbreite gewählt werden,
- Wahl einer Frequenz, die eine ungestörte Signalausbreitung ermöglicht.

First, the basic structure of the satellite navigation signal structure has to be considered. It is first necessary to choose a suitable carrier frequency which must fulfill certain conditions:

- A frequency below 2 GHz to avoid directional antennas in the receiving unit,
Avoidance of delays as they occur in the frequency ranges less than 100 MHz and greater than 10 GHz,
- very low frequencies have a negative effect on the runtime calculation
- a large bandwidth for the carrier frequency is an advantage, so it must be chosen as a corresponding area with high frequency and the possibility of high bandwidth,
- Selection of a frequency that allows undisturbed signal propagation.

Die Wahl von gleichzeitig zwei Frequenzen L1 und L2 (L-Band: 1000 - 2000 MHz) hat sich daher durchgesetzt, so dass jeder Navigationssatellit aktuell diese zwei Trägersignale L1 und L2 verwendet. Zivile Satellitennavigations-Empfänger verwenden eine L1-Frequenz mit 1575,42 MHz und eine L2-Frequenz mit 1227.60 MHz bei einer Wellenlänge von 24,45 cm.The choice of simultaneously two frequencies L1 and L2 (L-band: 1000-2000 MHz) has therefore prevailed, so that each navigation satellite currently uses these two carrier signals L1 and L2. Civil satellite navigation receivers use a 1575.42 MHz L1 frequency and a 1227.60 MHz L2 frequency at 24.45 cm wavelength.

Die L1-Frequenz transportiert hierbei die Navigationsdaten und den SPS Code (standard positioning code - Standard-Positionsbestimmungscode), die L2-Frequenz ist nur für bestimmte Empfänger beispielsweise im militärischen Bereich vorgesehen und transportiert nur den sogenannten PPS-Code zur genauen Positionsbestimmung.The L1 frequency transports the navigation data and the SPS code (standard positioning code), the L2 frequency is intended only for certain receivers, for example in the military sector and transports only the so-called PPS code for accurate positioning.

Im Satellitennavigations-System werden Daten durch eine Phasenmodulation auf das Trägersignal aufmoduliert. Die Trägersignale werden hierbei durch unterschiedliche Binärcodes moduliert, wobei im folgenden nur der C/A code (coarse aquisition, grobe Bestimmung) betrachtet wird, da dieser die Basis für alle zivilen GPS-Empfänger bildet. Die im militärischen Bereich genutzten P-Code und Y-Code spielen für das beschriebene Verfahren keine Rolle.In the satellite navigation system, data is modulated onto the carrier signal by a phase modulation. The carrier signals are hereby modulated by different binary codes, wherein in the following only the C / A code (coarse acquisition, coarse determination) is considered, as this forms the basis for all civilian GPS receiver. The military-used P-code and Y-code play no role in the described process.

Dieser Code ist ein 1023 „chip“ langer Code, der mit einer Frequenz von 1,023 Mhz übertragen wird. Ein „chip“ ist fast das gleiche wie ein „bit“, also eine Eins oder eine Null, der Begriff „chip“ wird jedoch hier deshalb verwendet, da das Signal keine Information trägt. Durch diesen Code wird das Trägersignal moduliert und auf eine Bandbreite des stärksten Signals von 2 MHz (P-Code auf L2 >= 20 MHz) ausgebreitet (Spread spectrum), was die Störungsanfälligkeit verringert.This code is a 1023 "chip" long code transmitted at a frequency of 1.023 MHz. A "chip" is almost the same as a "bit", ie a one or a zero, but the term "chip" is used here because the signal carries no information. This code modulates the carrier signal and spreads it to a bandwidth of the strongest signal of 2 MHz (P-code on L2> = 20 MHz) (spread spectrum), which reduces the susceptibility to interference.

Das Satellitennavigations-Signal selbst ist in 25 Blöcke (frames) unterteilt, die jeweils 1500 bit lang sind und 30 Sekunden zur Übertragung brauchen. Diese Blöcke sind wiederum in Teilblöcke (Subframes) aus je 10 Worten (words) unterteilt. Das erste Wort eines Teilblocks ist das TLM (telemetry word). Es enthält Informationen zur Aktualität der Ephemeridendaten (Positionsdaten). Darauf folgt das HOW (hand over word), welches die Anzahl der gezählten Z-Epochen enthält.The satellite navigation signal itself is divided into 25 blocks (frames), each 1500 bits long and taking 30 seconds to transmit. These blocks are subdivided into sub-blocks of 10 words each. The first word of a subblock is the TLM (telemetry word). It contains information on the actuality of the ephemeris data (position data). This is followed by the HOW (hand over word), which contains the number of counted Z epochs.

Die restlichen Daten des ersten Teilblocks enthalten Daten zum Zustand und zur Genauigkeit des sendenden Satelliten sowie die Uhrenkorrekturwerte. Der zweite und dritte Teilblock enthält Parameter der Ephemeriden.The remaining data of the first sub-block contains data on the state and the accuracy of the transmitting satellite as well as the clock correction values. The second and third subblocks contain parameters of the ephemeris.

Die ersten drei Teilblöcke sind bei allen 25 Blöcken gleich. Hiermit werden die wichtigsten Daten zur Positionsbestimmung übermittelt.The first three sub-blocks are the same for all 25 blocks. This transmits the most important data for position determination.

In diese Struktur greift nun das erfindungsgemäße Verfahren ein, um Sprach- und Datenkommunikation über Navigationssatellitensysteme zu ermöglichen. Die ersten zwei Worte des ersten Subframes TLM und HOW werden hierfür zur Telefonie genutzt. Die Frequenzänderung findet hierbei in den ersten drei Blöcken statt. Diesen wird über die Worte TLM und HOW in den Teilblöcken eine Frequenzänderung zugefügt.The inventive method now intervenes in this structure in order to enable voice and data communication via navigation satellite systems. The first two words of the first subframe TLM and HOW are used for telephony. The frequency change takes place here in the first three blocks. These are added via the words TLM and HOW in the sub-blocks a frequency change.

Der C/A-Code (coarse aquisition, grobe Bestimmung) wird mit 50 bit/s als Telefonsignal in das L1-Signal eingebracht. Es besteht aus einem 50 Hz Signal und enthält Daten wie z.B. die Satellitenbahnen und andere Systemparameter. Diese Daten werden permanent von jedem Satelliten übermittelt und daraus erhält der Satellitennavigations-Empfänger sein Telefonsignal.The coarse acquisition (C / A) code is inserted into the L1 signal as a telephone signal at 50 bit / s. It consists of a 50 Hz signal and contains data such as the satellite orbits and other system parameters. These data are transmitted permanently from each satellite and from this the satellite navigation receiver receives its telephone signal.

Das vollständige Satellitennavigations-Telefonsignal besteht aus 25 bit. Es dauert daher bei einer Übertragungsgeschwindigkeit von 50 bit/s nur ca.0,5 Sec für eine vollständige Übertragung. Da keine Daten über die Satelliten gespeichert werden, fallen die 25 bit bei jeder Einwahl an.The complete satellite navigation telephone signal consists of 25 bits. At a transmission speed of 50 bit / s, it only takes about 0.5 seconds for a complete transmission. Since no data is stored about the satellites, the 25 bits are generated each time you dial in.

Die L1-Frequenz wird als Trägersignal unverändert verwendet. Die L2-Frequenz wird aber erfindungsgemäß im unteren nicht militärischen MHz-Bereich modifiziert. Somit muss die Frequenz im unteren Bereich angepasst werden. Die L2-Frequenz kann somit trotz Modifikation auch weiterhin als Datenfrequenz genutzt werden.The L1 frequency is used unchanged as carrier signal. However, according to the invention, the L2 frequency is modified in the lower non-military MHz range. Thus, the frequency must be adjusted in the lower range. The L2 frequency can thus continue to be used as a data frequency despite modification.

Durch das Abändern der Trägerfrequenz L2 wird aus dem „chip“ ein „bit“ und das Signal kann Informationen übertragen.By changing the carrier frequency L2, the "chip" becomes a "bit" and the signal can transmit information.

Durch diese Änderung der L2-Frequenz verändert sich die Bandbreite der festgelegten MHz-Frequenz auf L2 = 2.110 bis 2.170 MHz, was die Sprachübertragung erst ermöglicht.This change in the L2 frequency changes the bandwidth of the specified MHz frequency to L2 = 2,110 to 2,170 MHz, which enables voice transmission in the first place.

Das Satellitennavigations-Telefonsignal enthält somit Korrekturparameter für die Satelliten, was den benötigten Systemeingriff ermöglicht. Es wird sich zu Nutze gemacht, dass jeder Satellit mehrere Korrekturparameter besitzt, die verändert werden können. The satellite navigation telephone signal thus contains correction parameters for the satellites, which enables the required system intervention. It is made use of that each satellite has several correction parameters that can be changed.

Wenn beispielsweise ein Satellit Signale nicht korrekt übermittelt oder in seiner Umlaufbahn instabil ist, kann er von der terrestrischen Kontrollstation als „ungesund“ gekennzeichnet werden. Vom Empfänger werden diese Satelliten aus den Berechnungen ausgeklammert. Diese Information wird erfindungsgemäß im Satellitennavigations-Telefonsignal mit übertragen. Bei Unterbrechung des Signals, wird ein Wiederaufbau der Verbindung unmittelbar bei neuer Satellitenerfassung möglich.For example, if a satellite does not transmit signals correctly or is unstable in its orbit, it may be marked as "unhealthy" by the terrestrial control station. From the receiver these satellites are excluded from the calculations. This information is transmitted in the satellite navigation telephone signal according to the invention with. If the signal is interrupted, the connection will be reestablished immediately upon new satellite detection.

Das Satellitennavigations-Telefon kann anhand der eindeutig vergebenen Schlüsselnummer des GPS Empfängers erkannt und angewählt werden. Jedes GPS Gerät besitzt eine solche definierte Nummer, wie z.B. #§28654§xyz#.The satellite navigation telephone can be identified and dialed based on the clearly assigned key number of the GPS receiver. Each GPS device has such a defined number, e.g. # # §28654§xyz.

Für den Erstbetrieb müssen zunächst alle Daten der Satelliten abgewartet werden, um eine sichere Verbindung herstellen zu können. Sind die Satellitennavigations-Telefone längere Zeit (bspw. Wochen) ausgeschaltet, müssen wie beim Erststart alle Daten erneut abgerufen werden.For initial operation, all data from the satellites must first be waited for in order to establish a secure connection. If the satellite navigation telephones are switched off for a longer period of time (eg weeks), all data must be retrieved again, as was the case with the first start.

Des Weiteren ist eine Software-Anwendung Gegenstand der Erfindung, die zur Anwendung des Verfahren zur Sprach- und Datenkommunikation über Satellitennavigationssysteme geeignet ist, wobei diese Software-Anwendung als App auf Endgeräten mit verschiedenen Betriebssystemen installiert werden kann und die GPS-Kennnummer des im Endgerät eingebauten GPS-Moduls ausliest und mit dem Benutzer verknüpft. Auf diese Weise wird erreicht, dass allein durch die Installation dieser Software-Anwendung die Nutzung des Verfahrens auf einem mobilen Endgerät möglich ist, sofern ein GPS-Modul vorhanden ist, was Standard ist.Furthermore, a software application is the subject of the invention, which is suitable for using the method for voice and data communication via satellite navigation systems, this software application can be installed as an app on terminals with different operating systems and the GPS number of the built-in terminal GPS module and linked to the user. In this way it is achieved that only by installing this software application, the use of the method on a mobile device is possible, if a GPS module is present, which is standard.

Diese Software-Anwendung stellt vorteilhafterweise eine automatische Datenverbindung mit einer externen Datenbank her zum einen zur Übertragung und Registrierung des eigenen Datensatzes des neuen Benutzers mit Namen und GPS-Kennnummern und zum anderen zum Datenabgleich zwischen den weiteren in der Datenbank bereits registrierten Benutzern des Verfahrens zur Sprach- und Datenkommunikation über Satellitennavigationssysteme und den auf dem Endgerät des neuen Benutzers gespeicherten Kontakten zur Aufnahme dieser bereits registrierten Benutzer als Kontakte der Software-Anwendung. So wird es ohne weiteres möglich, schnell und ohne Aufwand seine bestehenden Kontakte auch über das erfindungsgemäße Verfahren zu erreichen, sofern diese ebenfalls eine derartige Nutzung unterstützen.This software application advantageously provides an automatic data connection with an external database on the one hand for the transmission and registration of the new user's own record with names and GPS identification numbers and on the other for data synchronization between the other already registered in the database users of the method for voice and data communication via satellite navigation systems and the contacts stored on the new user's terminal to accommodate these already registered users as contacts of the software application. Thus, it is readily possible to quickly and easily reach its existing contacts via the inventive method, if they also support such use.

Um auch Kontakte erreichen zu können, die bislang das erfindungsgemäße Verfahren nicht nutzen, kann durch die Software-Anwendung eine Einladung an Kontakte des Benutzers verschickt werden zur Nutzung des Verfahrens zur Sprach- und Datenkommunikation über Satellitennavigationssysteme, wobei bei positiver Annahme der Einladung ein neuer Kontakt dieser Benutzer in der Software-Anwendung erstellt wird.In order to be able to reach contacts who hitherto do not use the method according to the invention, an invitation to contacts of the user can be sent by the software application for the use of the method for voice and data communication via satellite navigation systems, whereby if the invitation is accepted positively a new contact this user is created in the software application.

Der Nutzen und die Vorteile einer Kommunikation nach dem erfindungsgemäßen Verfahren über Navigationssatellitensysteme sind klar zu benennen:

- Mit der Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Sprach- und Datenkommunikation ist zukünftig nur noch eine Technik und Infrastruktur zur Sprach- und Datenkommunikation sowie Navigation erforderlich.
- Die technische Lösung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Sprach- und Datenkommunikation mittels Navigationssatellitensystemen nutzt ohne zusätzliche Investitionen in die Infrastruktur die für Navigation und Positionierung bereits im Einsatz befindlichen weltumspannenden aktiven Navigationssatelliten. Dadurch wird ein bereits bestehendes lückenloses Kommunikationsnetz bereitgestellt.

- Die jederzeit verfügbare Anzahl von mindestens vier Navigationssatelliten sichert eine fast uneingeschränkte Kommunikationsmöglichkeit über den gesamten Globus zu jeder Zeit und an jedem Ort. Damit wird die Nutzung auch für Schiffs- und Flugverkehr, Extremsport, Expeditionen und Forschungsstationen (auch in polaren Gebieten) möglich. Gleiches gilt für Katastropheneinsätze, wenn zur Koordination ein funktionierendes Kommunikationssystem erforderlich ist. Diese Vielzahl möglicher Einsatzszenarien ist gerade deshalb gegeben, weil keine zusätzliche aufwändige Hardware erforderlich ist, sondern lediglich bereits weit verbreitete satellitennavigationsfähige Geräte eingesetzt werden müssen.
- Da es sich bei dieser Lösung um ein vorhandenes weltumspannendes, gebührenfreies Netz von Navigationssatelliten handelt können die derzeit üblichen Nutzungskosten wie z. B. Telefongebühren und Roamingkosten reduziert werden oder ganz entfallen.
- Insbesondere auch für ärmere Bevölkerungsschichten in Entwicklungsländern wird mit dieser Lösung eine sehr preiswerte Kommunikation ermöglicht, wodurch das von den Vereinten Nationen geforderte Menschenrecht auf Kommunikation realisierbar wird.
- Eine Alarmierung und Positionierung über das Fahrzeug-Notrufsystem e-call wird über eine Satellitennavigations-Kommunikation auch in mobilfunknetzfreien Gegenden ermöglicht.
- Mit der Umsetzung dieses auf Satellitennavigationssatelliten basierenden Kommunikationskonzeptes ist ein weiterer Ausbau von Mobilfunknetzinfrastrukturen nicht oder nur noch eingeschränkt erforderlich.

The benefits and advantages of communication via the navigation satellite system according to the invention are to be clearly stated:

- With the realization of the method according to the invention for voice and data communication in the future only a technology and infrastructure for voice and data communication and navigation is required.
The technical solution of the method according to the invention for voice and data communication by means of navigation satellite systems makes use, without additional investments in the infrastructure, of the world-spanning active navigation satellites already in use for navigation and positioning. This provides an already existing seamless communication network.

- The ever-available number of at least four navigation satellites ensures an almost unlimited communication capability across the globe at any time and in any place. Thus, the use for ship and air traffic, extreme sports, expeditions and research stations (also in polar areas) is possible. The same applies to disaster relief if coordination requires a functioning communication system. This multiplicity of possible application scenarios is precisely because no additional complex hardware is required, but only already widely used satellite navigation enabled devices must be used.
- Since this solution is an existing global, toll-free network of navigation satellites, the current cost of use such. As phone charges and roaming costs are reduced or eliminated altogether.
- Especially for the poorer sections of the population in developing countries, this solution will enable very low-cost communication, which will allow the United Nations agency to provide it Nations demanded human rights to communication becomes feasible.
- Alerting and positioning via the vehicle emergency call system e-call is made possible via a satellite navigation communication even in mobile wireless network-free areas.
- With the implementation of this concept based on satellite navigation satellites, further expansion of mobile network infrastructures is not or only partially necessary.

Im folgenden soll die erfindungswesentliche Änderung der Modularfrequenz der Satellitenverbindung näher betrachtet werden. Bei dieser Form der Verbindung werden der Hin- und Rückkanal (Down- und Upstream) über einen Satelliten hergestellt.In the following, the modification of the modular frequency of the satellite connection essential to the invention will be considered in more detail. In this form of connection, the outbound and inbound channels (down and upstream) are established via a satellite.

Die Übertragungsrate des Upstream liegt zwischen 128/ kbit/s und 20 Mbit/s. Technisch sind jedoch auch wesentlich höhere Übertragungsraten möglich.The transmission rate of the upstream is between 128 / kbit / s and 20 Mbit / s. Technically, however, significantly higher transmission rates are possible.

Im Downstream steht dem Benutzer eine Übertragungsrate zwischen 256 kbit/s und 36000 kbit/s zur Verfügung.In the downstream, the user has a transfer rate between 256 kbit / s and 36000 kbit / s available.

Der Empfang der Satellitensignale kann auch mittels handelsüblicher Handys mit GPS Funktion erfolgen, sofern eine Modulation unterstützt wird und eine kompatible Software zur Verfügung steht.The reception of the satellite signals can also be done by means of commercially available mobile phones with GPS function, provided that a modulation is supported and a compatible software is available.

Bei Verbindungen mit einem Satelliten Rückkanal wird dieser parallel zum Satellitenlink für die Datenübertragung in Downstream-Richtung verwendet. Ist dieser Rückkanal ausgelastet, fließen die weiteren Pakete über die jeweilige Satellitenübertragungsstrecke.For connections with a satellite return channel, it is used parallel to the satellite link for data transmission in the downstream direction. If this return channel is busy, the other packets flow over the respective satellite transmission link.

In einem GPS System sind vier Elemente beteiligt:

Satelliten im Weltraum,
Bodenstationen als Kontroll-Segment,
geostationäre Satelliten mit Korrektursignalen und
das mobile GPS Gerät des Benutzers.

There are four elements involved in a GPS system:

Satellites in space,
Ground stations as a control segment,
geostationary satellites with correction signals and
the user's mobile GPS device.

Jeder Satellit sendet in bestimmten Zeitintervallen Signale mit seiner Position und der exakten Uhrzeit aus.Each satellite transmits signals at specific time intervals with its position and the exact time.

Das Codemultiplexverfahren (Code Division Multiplex, CDM oder Code Division Multiple Access, CDMA) ist ein Multiplexverfahren, das die gleichzeitige Übertragung verschiedener Nutzdatenströme auf einem gemeinsamen Frequenzbereich ermöglicht.The Code Division Multiplexing (CDM or Code Division Multiple Access, CDMA) is a multiplexing technique that allows simultaneous transmission of different payload data streams over a common frequency range.

Der gemeinsam genutzte Frequenzbereich weist dabei als wesentliche Eigenschaft eine größere Bandbreite auf, als der Nutzdatenstrom belegt.The shared frequency range has as its essential property a larger bandwidth than the user data stream occupies.

Zur Frequenzspreizung und zur Unterscheidung der verschiedenen Datenströme werden spezielle Spreizcodes eingesetzt.For frequency spreading and for distinguishing the different data streams special spreading codes are used.

Anwendungen von CDMA liegen im Bereich der digitalen Signalübertragung .Anwendungsbereiche für synchrones CDMA sind die Satellitennavigationssysteme Global Positioning System (GPS) und Galileo.Applications of CDMA are in the field of digital signal transmission. Applications for synchronous CDMA include the Global Positioning System (GPS) and Galileo satellite navigation systems.

Bei CDMA steht die Trennung und Unterscheidung unterschiedlicher und parallel übertragener Datenströme über ein gemeinsames und dediziert genutztes Frequenzband im Vordergrund. Zur Unterscheidung werden die Datenströme mit speziellen Spreizcodes codiert, wobei diese Codefolgen zusätzlich bestimmte Eigenschaften wie Orthogonalität aufweisen und in bestimmten Anwendungen auf Pseudozufall basieren, wodurch auf Empfängerseite durch Korrelation mit der Spreizcodefolge die ursprünglichen Nutzdatenströme voneinander getrennt gewonnen werden könnenIn CDMA, the separation and differentiation of different and parallel transmitted data streams over a common and dedicated frequency band in the foreground. For distinction, the data streams are coded with special spreading codes, these code sequences additionally having certain properties such as orthogonality and being based on pseudo-random in certain applications, whereby at the receiver side by correlation with the spreading code sequence the original user data streams can be obtained separately

Die im Rahmen von Codemultiplexverfahren (CDMA) eingesetzten Folgen zur Erzeugung der Chips sollen dabei ein relativ kleines periodisches Kreuzkorrelationsmaximum zueinander aufweisen, das heißt, sie stehen fast rechtwinklig zueinander.The sequences used in the context of code division multiplexing (CDMA) for generating the chips should have a relatively small periodic cross-correlation maximum to one another, that is, they are almost at right angles to each other.

Der Spreizfaktor der je nach Anwendung bei verschieden, typische Werte liegen über 1000. So beträgt bei dem zivilen Global Positioning System (GPS) der Spreizfaktor 20.460. Dieser Wert wird über die eingesetzte Software deutlich auf einen Spreizwert von über 30 000 gesetzt.The spreading factor of different, depending on the application at different, typical values are over 1000. Thus, in the civil Global Positioning System (GPS), the spreading factor is 20,460. This value is clearly set by the software used to a spread value of over 30 000.

Hierdurch ergibt sich aus der im zivilen C/A-Code verwendeten Chiprate von 1,023 die Nutzdatenrate im Downstream, von mindestens 256 bps. Diese kann somit zur Datenübertragung genutzt werden.This results in the payload data rate in the downstream, of at least 256 bps, from the chip rate of 1.023 used in the civil C / A code. This can thus be used for data transmission.

Nach der Definition sollen die Begrifflichkeiten „Chip“ und „Bit“ im Anmeldungstext wie folgt verstanden werden. Als ein Chip ist in der digitalen Informationsübertragung ein einzelner elementarer Modulationszustand im Rahmen von Direct Sequence Spread Spectrum (ein Frequenzspreizverfahren für die Datenübertragung über Funk) zu verstehen. Die Bitrate bezeichnet das Verhältnis einer Datenmenge zu einer Zeit, typischerweise gemessen in Bit pro Sekunde, abgekürzt als Bit/s oder bps.According to the definition, the terms "chip" and "bit" in the application text are to be understood as follows. In the digital information transmission, a chip is to be understood as meaning a single elementary modulation state in the context of Direct Sequence Spread Spectrum (a frequency spreading method for data transmission via radio). Bitrate is the ratio of an amount of data at a time, typically measured in bits per second, abbreviated to bit / s or bps.

Das GPS Gerät des Benutzers wertet die Signale der Satelliten aus und berücksichtigt die Korrektursignale von chip auf bit. Dazu benötigt ein Gerät lediglich eine Software und einen GPS-Empfänger. Diese sind heutzutage in nahezu jedem Smartphone verbaut.The GPS device of the user evaluates the signals of the satellites and takes into account the correction signals from chip to bit. For this purpose, a device requires only a software and a GPS receiver. These are nowadays installed in almost every smartphone.

Claims

Method for voice and data communication via satellite navigation systems, in which a satellite navigation signal is used using the carrier frequencies L1 and L2 formed of 25 blocks, which are in turn subdivided into 5 sub-blocks of 10 words, wherein the words TLM and HOW of each first sub-block of the first three blocks of the satellite navigation signal by a modification of the phase L2 at both the receiver and the satellite system, a frequency change is performed, whereby voice and data transmission is enabled.

Method for voice and data communication via satellite navigation systems according to Claim 1 , characterized in that a C / A code (coarse acquisition code) with 50 bit / s is introduced as a telephone signal in the L1 signal, these data are transmitted permanently from each satellite and the satellite navigation receiver converted from his phone signal from receives the navigation signal.

Method for voice and data communication via satellite navigation systems according to Claim 1 , characterized in that the complete satellite navigation telephone signal consists of 25 bits instead of chips, incurred at each connection between an activated and powered-on terminal and the navigation satellites.

Method for voice and data communication via satellite navigation systems according to Claim 1 , characterized in that the standard used by the satellite navigation system L1 frequency as a carrier signal remains unchanged, but the L2 frequency is modified in the lower MHz range, so that it can be used as a data frequency despite modification.

Method for voice and data communication via satellite navigation systems according to Claim 1 , characterized in that by modifying the phase L2, the original "chip" is converted as the exclusive data transmitter into a "bit" and thus data transmitter and data receiver, whereby the signal can transmit information.

Method for voice and data communication via satellite navigation systems according to Claim 1 , characterized in that the satellite navigation signal contains correction parameters for the satellites, which enables the required system intervention via these variable correction parameters of the satellites.

Method for voice and data communication via satellite navigation systems according to Claim 1 , characterized in that the satellite navigation telephone can be identified and dialed based on the clearly assigned key number of the GPS receiver.

Software application for the application of the method for voice and data communication via satellite navigation systems according to one of the preceding claims, wherein said software application can be installed as an app on terminals with different operating systems and reads the GPS identification number of the built-in terminal GPS module and with linked to the user.

Software application after Claim 8 , characterized in that an automatic data connection with an external database is carried out on the one hand for the transmission and registration of the new user's own record with names and GPS identification numbers and on the other hand for data synchronization between the other already registered in the database users of the method for voice and data communication via satellite navigation systems and the contacts stored on the new user's terminal to accommodate those already registered users as contacts of the software application.

Software application after Claim 8 or 9 , characterized in that an invitation to contacts of the user can be sent to the use of the method for voice and data communication via satellite navigation systems, wherein upon positive acceptance of the invitation, a new contact of these users is created in the software application.