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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben von zumindest einem mobilen Netzwerk für ein Endgerät mittels eines Netzwerksystems gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Netzwerksystem.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass Funkzugangspunkte, sogenannte Basisstationen, nur ortsfest installiert sind und betrieben werden können und somit eine Funkversorgung sowie die bereitgestellte Übertragungskapazität ebenfalls ortsfest sind. Gleichzeitig erfordert die Installation von ortsfesten Basisstationen eine sorgfältige Planung, und deren Einrichtung und Betrieb ist sehr kostenintensiv. Insbesondere ist die Schaffung einer konsistenten Funkversorgung für sich schnell bewegende Mobilteile, beispielsweise entlang von Straßen, allein mit ortsfesten Basisstationen sehr aufwendig.
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Im derzeitigen Ausbaustand der derzeitigen Mobilfunknetze ist keine lückenlose Mobilfunkversorgung flächendeckend gegeben. Bekannt und verbreitet ist die herkömmliche Mobilfunktechnik, wie beispielsweise GSM, QMTS, LTE oder weitere, mit ortsfesten Zugangspunkten. Hierbei sind die Sende- und Empfangseinheiten, welche das Mobilfunknetz für Endgeräte bereitstellen, sogenannte Basisstationen, an festen Orten angebracht, typischerweise an Funkmasten oder auf Gebäudedächern. Darüber hinaus ist bekannt, dass zusätzliche Sende- und Empfangseinheiten, sogenannte Relais-Nodes, ortsfest im Abdeckungsgebiet der Basisstationen installiert werden, in ihrem Netz angemeldet sind und anschließend selbst als Zugangspunkt für dieses Mobilfunknetz fungieren. Diese Methoden sind bereits im 3GPP-Standard verankert. Im Unterschied zu den Basisstationen sind Relais-Nodes nicht direkt mit dem Kernnetz des Mobilfunkbetreibers verbunden.
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Die
DE 10 2014 219 400 A1 offenbart eine Vorrichtung für einen mobilen Basisstations-Sendeempfänger in einem Mobilkommunikationssystem, umfassend ein Sendeempfangsmodul, das zur Kommunikation mit zumindest einem festen Basisstations-Sendeempfänger in dessen Abdeckungsbereich, zur Bereitstellung eines mobilen Abdeckungsbereichs und zur Kommunikation mit zumindest einem weiteren mobilen Basisstations-Sendeempfänger im mobilen Abdeckungsbereich ausgebildet ist, wobei der mobile Abdeckungsbereich den Abdeckungsbereich des festen Basisstations-Sendeempfängers zumindest teilweise um einen erweiterten Abdeckungsbereich überragt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie ein Netzwerksystem zu schaffen, mittels welchem eine verbesserte Empfangsabdeckung im mobilen Netzwerk erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren sowie durch ein Netzwerksystem gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben von zumindest einem mobilen Netzwerk für ein Endgerät mittels eines Netzwerksystems, bei welchem eine erste Kommunikationsverbindung zwischen einem Kernnetz des Netzwerksystems und einer mobilen Basisstation des Netzwerksystems hergestellt wird, wobei die Basisstation in einem Kraftfahrzeug bereitgestellt wird, und bei welchem zwischen der Basisstation und dem in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs befindlichen Endgerät eine funkbasierte zweite Kommunikationsverbindung hergestellt wird.
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Es ist vorgesehen, dass die erste Kommunikationsverbindung mittels zumindest einer ersten Kommunikationstechnologie oder mittels einer zur ersten Kommunikationstechnologie unterschiedlichen zweiten Kommunikationstechnologie hergestellt wird, wobei in Abhängigkeit eines Entscheidungskriteriums mittels einer elektronischen Recheneinrichtung des Netzwerksystems entschieden wird, auf Basis welcher Kommunikationstechnologie die erste Kommunikationsverbindung hergestellt wird.
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Insbesondere können somit eine verbesserte Netzabdeckung sowie eine Verbesserung der Verbindungsqualität, beispielsweise in sogenannten Hotspots, realisiert werden. Des Weiteren kann eine verbesserte Verbindungsqualität in vom Mobilfunk verschalteten Gebieten und Zellrändern realisiert werden. Es können weiterhin eine effizientere Nutzung des Frequenzspektrums sowie eine betriebswirtschaftliche und volkswirtschaftliche Effizienzgewinnung durch die Möglichkeit einer bedarfsgerechten Anpassung von Mobilfunknetzen realisiert werden. Des Weiteren ist der Aufwand für entsprechende Netzwerkbetreiber zur manuellen Netzoptimierung verringert sowie eine Nutzbarmachung von Kapazitäten eines Funknetzes für Teilnehmer eines anderen Funknetzes ist ebenfalls bereitgestellt.
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Das mobile Netzwerk eines Netzwerkbetreibers wird somit zusätzlich zu den ortsfesten Basisstationen durch mobile, mit dem Kraftfahrzeug verbundene Basisstationen ergänzt. Hierzu werden Kraftfahrzeuge, zum Beispiel eine Flotte oder ein Teil davon, mit Sende- und Empfangseinheiten und einer zugehörigen elektronischen Recheneinrichtung ausgerüstet, die darauf ausgelegt sind, als Basisstationen für den Mobilfunk zu fungieren. Die elektronische Recheneinrichtung führt eine Software aus, welche es ermöglicht, eine Verbindung mit einem Kernnetz herzustellen und aufrechtzuerhalten. Über die Verbindung werden sowohl Nutz- als Steuerungsdaten ausgetauscht.
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Um sich mit dem Kernnetz des Mobilfunknetzes zu verbinden, wird durch die elektronische Recheneinrichtung des Kraftfahrzeugs eine Verbindung entweder zum Kernnetz des Mobilfunkbetreibers selbst oder beispielsweise zum Internet, über das die Verbindung in das Kernnetz hergestellt werden kann, hergestellt. Hierzu sind zusätzlich eine oder mehrere weitere Sende- und Empfangseinheiten, insbesondere sogenannte Konnektivitätskanäle, an die elektronische Recheneinrichtung angeschlossen, welche jeweils mittels einer geeigneten Funktechnologie, zum Beispiel Mobilfunk, WLAN oder Satellitenlink, die Verbindung zum Kernnetz ermöglichen. Auf diese Weise kann die elektronische Recheneinrichtung im Kraftfahrzeug mit einem entsprechenden Netzanbieter die Nutzung der beschriebenen Sende- und Empfangseinheit des Kraftfahrzeugs als Basisstation vereinbaren. Das Kraftfahrzeug wählt einen oder mehrere seiner Konnektivitätskanäle, um die Verbindung zum Kernnetz des Netzwerkbetreibers herzustellen. Diese Verbindung wird damit Teil des Transportnetzes zur Integration der mobilen Basisstation in das Funkzugangsnetz des Mobilfunkanbieters.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug für den mobilen Betrieb der Basisstation gleichzeitig eine oder mehrere der Verbindungen, insbesondere der Kommunikationstechnologien, aufrechterhält, über die es mit dem Kernnetz des Netzbetreibers kommunizieren kann. Durch die Anbindung der mobilen Basisstation an das Kernnetz kann die mobile Basisstation Teil des Funkzugangsnetzes des Funkbetreibers werden und mobilen Endgeräten Zugang zum Mobilfunknetz ermöglichen. Das Prinzip der Erweiterung des Mobilfunknetzes durch den Einsatz mobiler Basisstationen hat insbesondere den Vorteil, dass die Basisstationen sich mobil bewegen können und entsprechend der Bewegung der mit ihnen verbundenen Kraftfahrzeuge das mobile Netzwerk erweitern können. Die Bewegung der Kraftfahrzeuge folgt dabei nur dem Zweck der Beförderung der Insassen oder Waren und keiner Vorgabe des Mobilfunknetzes.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist die erste Kommunikationstechnologie oder die zweite Kommunikationstechnologie als Satellitenkommunikationstechnologie oder als Mobilfunktechnologie oder als lokale Netzwerktechnologie bereitgestellt.
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Weiterhin vorteilhaft ist, wenn unterschiedliche mobile Netzwerke von unterschiedlichen Mobilfunkanbietern mittels der einen Basisstation bereitgestellt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform wird die erste Kommunikationsverbindung mit einer unterschiedlichen Kommunikationstechnologie als die zweite Kommunikationsverbindung.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Netzwerksystem zum Betreiben von zumindest einem mobilen Netzwerk für ein Endgerät, mit zumindest einem Kernnetz, mit einer in einem Kraftfahrzeug bereitgestellten mobilen Basisstation und mit einer elektronischen Recheneinrichtung, wobei das Netzwerksystem zum Durchführen eines Verfahrens nach dem vorhergehenden Aspekt ausgebildet ist. Insbesondere wird das Verfahren mittels des Netzwerksystems durchgeführt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Netzwerksystems anzusehen. Das Netzwerksystem weist dazu gegenständliche Merkmale auf, welche eine Durchführung des Verfahrens und eine vorteilhafte Ausgestaltungsform davon ermöglichen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Netzwerksystem; und
- 2 eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Netzwerksystems.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Ausführungsform eines Netzwerksystems 10. Das Netzwerksystem 10 ist zum Betreiben von zumindest einem mobilen Netzwerk 12 ausgebildet. Das mobile Netzwerk 12 ist wiederum für ein Endgerät 14 ausgebildet, welches insbesondere ebenfalls mobil ist und vorliegend insbesondere als intelligentes Telefon, als sogenanntes Smartphone, bereitgestellt ist. Das Netzwerksystem 10 weist ein Kernnetz 16 sowie eine in einem Kraftfahrzeug 18 bereitgestellte mobile Basisstation 20 auf. Ferner weist das Netzwerksystem 10 eine elektronische Recheneinrichtung 22 auf.
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Beim Verfahren zum Betreiben von dem zumindest einen mobilen Netzwerk 12 für das Endgerät 14 mittels des Netzwerksystems 10 wird eine erste Kommunikationsverbindung 24 zwischen dem Kernnetz 16 des Netzwerksystems 10 und der mobilen Basisstation 20 des Netzwerks 10 hergestellt, wobei die Basisstation 20 in dem Kraftfahrzeug 18 bereitgestellt wird und bei welchem zwischen der Basisstation 20 und dem in einer Umgebung 26 des Kraftfahrzeugs 18 befindlichen Endgerät 14 eine funkbasierte zweite Kommunikationsverbindung 28 hergestellt wird.
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Es ist vorgesehen, dass die erste Kommunikationsverbindung 24 mittels zumindest einer ersten Kommunikationstechnologie 30, 32, 34 oder mittels einer zur ersten Kommunikationstechnologie 30, 32, 34 unterschiedlichen zweiten Kommunikationstechnologie 30, 32, 34 hergestellt wird, wobei in Abhängigkeit eines Entscheidungskriteriums mittels der elektronischen Recheneinrichtung 22 des Netzwerksystems 10 entschieden wird, auf Basis welcher Kommunikationstechnologien 30, 32, 34 die erste Kommunikationsverbindung 24 hergestellt wird.
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Insbesondere zeigt die 1, dass die erste Kommunikationstechnologie 30, 32, 34 oder die zweite Kommunikationstechnologie 30, 32, 34 als Satellitenkommunikationstechnologie 30 oder als Mobilfunktechnologie 32 oder als lokale Netzwerktechnologie 34 bereitgestellt werden kann. Bei der lokalen Netzwerktechnologie 34 handelt es sich insbesondere um ein sogenanntes Wifi-Netz.
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Ferner zeigt die 1, dass das Kernnetz 16 von einem Mobilfunkanbieter 36 bereitgestellt werden kann. Insbesondere kann ferner vorgesehen sein, dass unterschiedliche mobile Netzwerke 12 von unterschiedlichen Mobilfunkanbietern 36 mittels der einen einzigen Basisstation 20 bereitgestellt werden. Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die erste Kommunikationsverbindung 24 mit einer unterschiedlichen Kommunikationstechnologie 30, 43, 34 hergestellt wird als die zweite Kommunikationsverbindung 28.
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2 zeigt in einer schematischen Draufsicht eine weitere Ausführungsform des Netzwerksystems 10. Insbesondere ist vorliegend gezeigt, wie die mobile Basisstation 20 als Teil des Funkzugangsnetzes dienen kann. Vor Beginn der Ausstrahlung eines Netzes des Mobilfunkanbieters 36 durch die fahrzeuggebundene mobile Basisstation 20 wird mit dem Zugangspunkt-verwalteten Server, insbesondere mit der elektronischen Recheneinrichtung 22, beim Netzwerkanbieter 36 die Konfiguration der mobilen Basisstation 20 verarbeitet. Insbesondere können dabei die Nutzung von Frequenz- und/oder Zeitslots aus dem lizensierten Spektrum des Mobilfunkanbieters 36 oder Sendeleistungen vereinbart werden. Dabei werden in der Initialisierungsphase alle notwendigen Informationen, wie zum Beispiel Cell-ID, MMC und MCC, verfügbare Nachbarzellen, Positionsinformationen, Sende- und Empfangsleistungen und dergleichen zwischen der mobilen Basisstation 20 und dem angebotenen Kernnetz 16 des Mobilfunkanbieters 36 ausgetauscht. Anschließend strahlt die Sende- und Empfangseinheit das mobile Netzwerk 12 des Mobilfunkanbieters 36 in seiner direkten Umgebung 26 aus.
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Sobald das Kraftfahrzeug 18 als aktive mobile Basisstation 20 fungiert, sind mobile Endgeräte 14, die sich in unmittelbarer Nähe befinden, in der Lage, sich auf der Basisstation 20 einzubuchen. Die Basisstation 20 ist dann Teil des Funkzugangsnetzes des Mobilfunksystems und führt dabei alle Funktionen aus, die andere Basisstationen desselben Funkzugangsnetzes auch ausführen.
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Da sich die Kraftfahrzeuge 18 aus Sicht des Netzwerksystems 10 ungeplant bewegen, ist eine permanente Anpassung der Konfiguration der mobilen Basisstation 20 notwendig. Es ist ebenfalls möglich, die mobile Basisstation 20 wieder aus dem Netzwerksystem 10 zu entfernen und zu deaktivieren.
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Eine solche zeitlich und örtlich flexible und jederzeit anpassbare Vereinbarung der Nutzung von fahrzeuggebundenen Sende- und Empfangseinheiten als mobile Basisstation 20 erfordert ein Verfahren, um Störungen mit anderen Zugangspunkten oder des Netzes, zum Beispiel durch Funkinterferenzen, auszuschließen und somit den regulatorisch einwandfreien, funktional reibungsfreien und wirtschaftlich gewinnbringenden Betrieb des Netzwerksystems 10 zu realisieren. Dies gilt insbesondere, wenn die als Basisstation 20 genutzten Kraftfahrzeuge 18 nicht stillstehen, sondern sich bewegen und somit permanent ihren Standort und damit ihr Abdeckungsgebiet verändern.
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Es wird anhand eines Entscheidungskriteriums der Zugang der fahrzeuggebundenen Basisstation 20 in das bestehende Netzwerksystem 10 entschieden. Hierbei handelt es sich um eine Software-Modul-Erweiterung beim Mobilfunkanbieter 36, die eine erweitere Zugangspunkt-Verwaltung erlaubt. Als Entscheidungskriterium kann beispielsweise der aktuelle Standort von potentiellen fahrzeuggebundenen Basisstationen 20 angesehen werden. Ferner können auch zukünftige Standorte potentieller fahrzeuggebundener Basisstationen 20 als Entscheidungskriterium herangezogen werden. Es können auch Kosten der Zuschaltung jeder fahrzeuggebundenen Basisstation 20 als Entscheidungskriterium genutzt werden. Ferner können die Daten über die bestehende Netztopologie, beispielsweise Standorte, Frequenzbänder und Sendeleistungen bestehender Zugangspunkte und verfügbarer Frequenzbänder als Entscheidungskriterium herangezogen werden. Ferner kann die Nachfrage über die Auslastung im Netz als Entscheidungskriterium genutzt werden.
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Ein Algorithmus generiert daraus eine Liste der zu aktivierenden Basisstationen 20 mit entsprechender Priorisierung. Die laufende Anpassung erfolgt durch die Prädiktion des zukünftig erwarteten Standorts der Basisstation 20 und der entsprechenden Neuberechnung der durch die fahrzeuggebundene Basisstation 20 gewonnener Netzabdeckung und deren Wirtschaftlichkeit sowie der möglichen Störung anderer Netze oder Netzbestandteile. Auf diese Weise entsteht eine neue Möglichkeit zur flexiblen und sehr bedarfsorientierten und somit wirtschaftlichen Anpassung der Mobilfunk-Abdeckung, welche betriebs- und volkswirtschaftlich hohe Effizienzgewinne mit sich bringt.
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Die Neuberechnung der Netztopologie wird regelmäßig in kurzen Zeitintervallen von einigen Sekunden ausgeführt, um für entsprechend kurze Zeitabschnitte optimierte Netztopologien zu erhalten. Die durch die Bewegung der mobilen Basisstation 20 bedingte Dynamik in der Netztopologie können Handover von Endgeräten 14 zwischen Basisstation 20 und des Mobilfunkanbietern 36 auftreten, also die Übergabe von Endgeräten 14 von einer ortsfesten Basisstation zu der fahrzeuggebundenen Basisstation 20, von einer fahrzeuggebundenen Basisstation 20 zu einer ortsfesten Basisstation oder von einer fahrzeuggebundenen zu einer anderen fahrzeuggebundenen Basisstation 20.
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Eine mobile Basisstation 20 kann gleichzeitig Teil des Funkzugangsnetzes mehrerer Mobilfunknetze sein. In diesem Fall sendet sie, gegebenenfalls auf getrennten Kanälen, die Kennung der verschiedenen Mobilfunkanbieter 36 aus und ist gleichzeitig mit den Kernnetzen 16 dieses Mobilfunkanbieters 36 verbunden.
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Somit entsteht ein Netzwerksystem 10 zur dynamischen Optimierung von Mobilfunknetzen, das von einer Vielzahl von Mobilfunkanbietern 36 und Fahrzeugen zur gleichen Zeit genutzt werden kann. Insbesondere ist es möglich, dass ein Kraftfahrzeug 18 zeitlich versetzt oder auch gleichzeitig als Basisstation 20 für mehrere Mobilfunknetze fungiert.
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Die mobile Basisstation 20 ist über die genannten Konnektivitätskanäle, insbesondere die Kommunikationstechnologien 30, 32, 34, mit einem oder mehreren Kernnetzen 16 verbunden. Die Auswahl des/der zu nutzenden Konnektivitätskanäle erfolgt durch einen Algorithmus auf Basis des Entscheidungskriteriums, der im Kraftfahrzeug 18 oder auf der elektronischen Recheneinrichtung 22 ausgeführt wird oder aus einer Kombination aus beiden. Hierbei können verschiedenste Entscheidungskriterien berücksichtigt werden, beispielsweise der Datendurchsatz, Latenz oder Kosten, um den situativ optimalen Konnektivitätskanal zu nutzen. Die Entscheidung über den/die zu verwendenden Konnektivitätskanäle kann in kurzen Abständen erneuert werden, um zu jedem Zeitpunkt den situativ optimalen Kanal beziehungsweise die Kanal-Kombination zu nutzen.
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Über die Verbindung zum Kernnetz 16 werden sowohl Signalisierungs- als auch Nutzdaten ausgetauscht. Nach erfolgreicher Registrierung der Basisstation 20 im Kernnetz 16 übernehmen IP-Routing Algorithmen die Weiterleitung von Daten über die oben beschriebenen anderen Kommunikationstechnologien 30, 32, 34 zum Kernnetz 16 des Mobilfunkanbietern 36. Insbesondere wird die Nutzung der im Kraftfahrzeug 18 vorhandenen Sende- und Empfangseinheit als Basisstation 20 für das mobile Netzwerk 12 des Mobilfunkanbieters 36 für einen bestimmten Zeitraum vereinbart.
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Eine Kommunikationstechnologie 30, 32, 34 kann auch über ein Mobilfunknetz realisiert werden. Ist das durch die mobile Basisstation 20 ausgestrahlte und ergänzte Netz das gleiche Netz, über das auch der Konnektivitätskanal realisiert wird, so kann die mobile Basisstation 20 als sogenannter Relais-Knoten, welcher als Relais-Node bezeichnet werden kann, fungieren. Wird der Konnektivitätskanal über ein anderes Funknetz realisiert, so wird durch die mobile Basisstation 20 die Übertragungskapazität dieses Funknetzes den Teilnehmern des durch die mobile Basisstation 20 ausgestrahlten und ergänzten Netzes verfügbar gemacht.
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Insgesamt zeigt die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb von mobilen, fahrzeuggebundenen Mobilfunk-Basisstationen unter dynamischer Auswahl des Backhaul-Kanals.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Netzwerksystem
- 12
- mobiles Netzwerk
- 14
- Endgerät
- 16
- Kernnetz
- 18
- Kraftfahrzeug
- 20
- Basisstation
- 22
- elektronische Recheneinrichtung
- 24
- erste Kommunikationsverbindung
- 26
- Umgebung
- 28
- zweite Kommunikationsverbindung
- 30
- Satellitenkommunikationstechnologie
- 32
- Mobilfunkstechnologie
- 34
- lokale Netzwerktechnologie
- 36
- Mobilfunkanbieter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014219400 A1 [0004]
