Nutzerzahl und Zugriffshäufigkeit

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Mobilfunk-Kommunikationssystem für den Einsatz in Fahrzeugen mit hoher lokaler Nutzerzahl und ebenfalls hoher Zugriffs ^¬ häufigkeit gemäß Patentanspruch 1.

Hinsichtlich der Art von Mobilfunkverträgen existieren unterschiedliche Möglichkeiten der Abwicklung zum Datenaustausch. Für den automatischen Datenaustausch zwischen Maschinen, Geräten und Fahrzeugen kommen auch Mobilfunknetze zum Einsatz. Machine-to-Machine (M2M) stellt hierbei einen automatisierten Informationsaustauch zwischen Endgeräten, z.B. Fahrzeugen untereinander oder mit einer zentralen Leitstelle dar. Eine mögliche Anwendung ist z.B. die Steuerung und Kontrolle sowie die

Fernüberwachung von Anlagen und Systemen. Bei M2M-Systemen wird zunächst von einem Datenendpunkt ausgegangen. Dies kann z.B. eine zu überwachende Maschine sein. Weiterhin wird auf ein Kommunikationsnetz, insbesondere ein Mobilfunknetz zurückgegriffen. Letztendlich ist ein bekannter, mit IP-Adressen versehener Datenintegrationspunkt (DIP) vorhanden. Dies ist z.B. ein Server, der Daten aller angeschlossenen zu überwachenden Maschinen speichert.

Verträge mit Telekommunikations-Dienstleistern zu M2M-Systgemen zielen auf die Abdeckung größerer Regionen und sind auf verschiedene

Anwendungen zugeschnitten und üblicherweise kostengünstiger als sogenannte freie lokale Verträge, welche beliebige, in der Regel

hochvolumige ungeregelte Zugriffe in das Internet über das jeweilige Mobilfunknetz erlauben. Freie Verträge sind üblicherweise auf eine bestimmte Region je nach Vertragsabschluss begrenzt. In vielen Fällen fallen zusätzliche Roaming-Gebühren an.

Aus der DE 102011 120827 AI ist ein Kommunikationsnetzwerk für drahtlose Kommunikation vorbekannt, umfassend eine Basisstation, ein drahtloses Endgerät und wenigstens einen Repeater, der zwischen

Endgerät und Basisstation geschaltet ist. Endgerät und Basisstation sind derart verbunden, dass ein Kommunikationssignal auf multiplen

Informationskanälen, unter Nutzung freier Funkfrequenzen gesendet werden kann. Auch ist der Einsatz von LTE-Modems und die MIMO- Technologie in dieser Druckschrift offenbart.

Die WO 2013/000752 AI betrifft ein Kommunikationssystem mit mehreren Antennen unter Einsatz der MIMO-Technologie.

Die WO 2012/061765 AI bezieht sich auf eine drahtlose Sende- und

Empfangseinheit mit zwei Frequenztechnologien, wobei Nachrichten von der Sende- und Empfangseinheit über ein LTE-Netzwerk übertragen werden.

Mit dem zu schaffenden Mobilfunk-Kommunikationssystem für den Einsatz in Fahrzeugen soll die Summe aller möglichen Anwendungen mit Zugriff auf das Internet bezogen auf die oben erwähnten Vertragstypen getrennt werden und somit eine optimale Wirtschaftlichkeit für Zugriffe über das Internet über Mobilfunknetze realisierbar sein. Darüber hinaus soll eine hohe Datenmenge und eine über typische Einzelmodems hinausgehende hohe Nutzerzahl erreicht werden. Wird das Mobilfunksystem gemäß der Erfindung z.B. in Bussen eingesetzt, liegt eine typische Nutzeranzahl im Bereich von 100 und mehr Personen.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit der Lehre nach

Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche zweckmäßige Weiterbildungen darstellen.

Der erfindungsgemäße Lösungsansatz liegt darin, eine Matrix von Modems vorzusehen und zu verschalten, welche gruppenweise den oben erwähnten Mobilfunk-Nutzungstypen oder Nutzungsarten zugeordnet werden.

Ergänzend werden technische Möglichkeiten für einen Diversity-Betrieb genutzt, so dass verschiedene Mobilfunk-Anbieter gleichzeitig genutzt werden können, um im mobilen Betrieb innerhalb eines Fahrzeugs und bei Bewegung desselben jeweils optimale und sichere Datenverbindungen zu schaffen und beizubehalten. Insofern erfolgt eine Trennung freies Netz und M2M-System.

In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform sind mindestens zwei

Modems für den Kommunikationstyp„freie Verträge" und mindestens ein Modem für den Kommunikationstyp„M2M" vorgesehen.

Jedes Modemmodul besitzt mindestens zwei Antenneneingänge für die MIMO-Technik (Multiple Input Multiple Output).

Unter MIMO wird ein Verfahren bzw. ein Übertragungssystem für die Nutzung mehrerer Sende- und Empfangsantennen zur drahtlosen

Kommunikation verstanden. Durch Nutzung eines Codierungsverfahrens lässt sich die Qualität und die Datenrate drahtloser Verbindungen

verbessern. Ein Access Point oder ein Router kann mehrere Clients gleichzeitig bedienen und verschiedene Datensätze versenden. Belegte Funkkanäle werden insofern schneller wieder frei.

Durch die Ausbildung der Modemmatrix und einer zugehörigen

Antennenmatrix wird vermieden, dass eine hohe Anzahl von

Einzelantennen an oder auf dem jeweiligen Fahrzeug zu befestigen ist oder integriert werden muss. Die Antennenmatrix verteilt insofern die jeweiligen Antenneneingänge entweder über passive, splitterähnliche Strukturen, wovon mehrere vorhanden sein können, auf mindestens ein oder mehrere Antenneneingänge, an denen Antennen angeschlossen werden können. Weiterhin können die Antenneneingänge auf aktive, splitterähnliche

Strukturen, z.B. SAT-Verteilmatrizen geleitet werden, um eine Verteilung auf ein oder mehrere Antenneneingänge zu erreichen.

Datenseitig stehen die Modemausgänge mit einem Bussystem, z.B. USB- Bus in Verbindung. Das Bussystem wiederum kommuniziert mit ein oder mehreren CPU-Modulen. Beispielsweise kommen zwei CPU-Module bei einer Auftrennung in zwei der oben erwähnten Vertragstypen in Frage, um eine ausreichende Performance der Datenverarbeitung zu gewährleisten oder gegebenenfalls nach Vorgaben der Mobilfunk-Anbieter eine Trennung der zu übertragenden Daten vorzunehmen. Die entsprechend gebündelten Daten werden einem oder mehreren WLAN- Modulen mit gegebenenfalls MIMO-Antennenanschlüssen oder

entsprechenden Fähigkeiten zugeführt und ergänzend einem oder mehreren LAN-Switches übermittelt. Fahrzeuginnenseitig kann dann über das vorerwähnte WLAN oder LAN eine Nutzung des Systems durch die Nutzer erfolgen.

Das System integriert darüber hinaus kundenspezifische Applikations- Software, so dass Internetzugriffe für diverse Anwendungsfälle erlaubt oder unterbunden werden können.

Das vorgestellte System ist skalierbar.

Es gilt das Grundprinzip, dass n Außenantennen eines Fahrzeugs über m Antennenmatrizen mit m als MIMO-Grad, daher n > m jeweils an x · y Modems angeschlossen werden.

Da die jeweilige Funkzelle für jedes Modem gleich ist, ergibt sich ein sinnvoller Einsatz von Antennenmatrizen, welche x · y Datenströme auf p Bussysteme, an dem jeweils ein CPU-Bord angeschlossen ist, an eine WLAN-Antenneneinheit und/oder mindestens einen LAN-Switch

weitergeben.

Ergänzend kann ein GPS oder GLONASS-Antenneneingang vorhanden sein, der über einen Receiver mit dem Bussystem in Verbindung steht.

Das vorgestellte System ermöglicht es, in kostengünstiger Weise Modemmodule matrixartig zu verknüpfen und nach kundenspezifischen Wünschen zu kombinieren, ohne dass die Anzahl von Außenantennen in

unerwünschter Weise erhöht ist.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und von Figuren näher erläutert werden.

Die Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild der Antennen- und Modemmatrix und die Figur 2 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Mobilfunk- Kommunikationssystems. Die Antennenmatrix AMx, die passiv oder aktiv ausgeführt sein kann, steht mit ihren Eingängen mit der Modemmatrix, ausgebildet als Mx-y-Matrix, in Verbindung.

Die Modemmatrix wird über ein Bussystem, z.B. USB-Hub, bedient, welches von einer CPU mit entsprechenden Daten beaufschlagt wird. Die Datenkommunikation erfolgt darüber hinaus unter Nutzung der CPU und eines WLAN-Modems bzw. eines LAN-Switch. Dabei wird der Kerngedanke der Erfindung technisch umgesetzt, die Matrix von Modems so zu nutzen, dass diese gruppenweise verschiedenen Mobilfunk-Nutzungstypen, z.B. Teil 1 und Teil 2, wie in Figur 2 erläutert, zuordenbar sind. Die Zuordnung kann hierbei dynamisch, je nach dem aktuellen Anwendungsfall bzw. der zu übertragenden Datenart erfolgen. Am Bussystem kann ergänzend ein GPS oder GLONASS-Empfänger (GNSS-Receiver) angeschlossen sein.

Die Antennenverteil- und Modemmatrix soll anhand der Figur 1 näher erläutert werden.

Das erfindungsgemäße Mobilfunk-Kommunikationssystem verfügt über eine Modemmatrix mit beispielsweise bis zu drei Modems (Modem 0 bis Modem 2), welche jeweils über mindestens zwei Antenneneingänge für die MIMO- Technik verfügen.

Ziel ist es hier, möglichst viele Modems mit möglichst wenigen Antennen zu versorgen.

Bei einem ersten Anwendungsfall sind beispielsweise drei Antennen und drei Modems verfügbar.

Multi-Purpose Modems (MPM) teilen sich zwei Antennen über einen -3 dB Splitter S.

Der Splitter S verteilt das Signal jeweils auf primäre oder sekundäre

Antenneneingänge der Modems. Somit haben alle Eingänge eine

gleichmäßige Dämpfung von -3 dB. Ein Special-Purpose Modem (SPM) verfügt über eine eigene Antenne. Hier wird MIMO nicht genutzt. Der Eingang unterliegt keiner Dämpfung.

Bei einem weiteren Anwendungsfall sind zwei Antennen und drei Modems verfügbar.

Das Eingangssignal der sekundären MPMs und das Eingangssignal des SPMs wird durch einen externen Splitter verteilt. Hierbei ergeben sich eine Eingangsdämpfung von -6 dB auf der Sekundärseite der Multi-Purpose Modems MPMs und eine Dämpfung von -3 dB bei dem Special-Purpose Modem SPM.

Die Multi-Purpose Modems MPM sind ausgelegt für länderspezifische Mobilfunkverträge für massive Daten-Hot-Spots. Die Special-Purpose Modems SPM zielen auf globale M2M-Mobilfunkverträge für fest im Gerät vorhandene Applikationen, wie Diagnosedaten, Online-Entertainment usw.

Das mit Blockschaltbild nach Figur 2 beschriebene Gesamtsystem nutzt also die Modemmatrix Mx-y derart, dass diese gruppenweise verschiedenen Mobilfunknutzungstypen zuordenbar ist, wobei die in Figur 1 näher erläuterte Antennenmatrix Anwendung findet, um mit möglichst wenig Außenantennen auf einem Fahrzeug, möglichst viele Modems und

letztendlich viele Nutzer über das lokale WLAN bzw. LAN im Fahrzeug, zum Beispiel einem Omnibus, versorgen zu können. Durch die Möglichkeit eines dynamischen Betriebes ist auch bei einem Ortswechsel des betreffenden Fahrzeuges für eine stabile Versorgung der Fahrgäste und Nutzer gesorgt, ohne dass diese womöglich von Funkzelle zu Funkzelle einen Wechsel zu verschiedenen Anbietern vornehmen müssen und womöglich im Nachhinein durch hohe Kosten überrascht werden, was beispielsweise im grenznahen Verkehr oder im grenzüberschreitenden Verkehr oftmals der Fall ist.