Title:
Kraftfahrzeug mit Funkmodem, Funkmodem und Verfahren zum Austausch von Kommunikationsdaten
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft ein Funkmodem (11) für ein Kraftfahrzeug (10), aufweisend eine Antennenanordnung (20), einen AD-DA-Wandler (19) und einen Prozessor (17) zum Austauschen von Kommunikationsdaten (16) zwischen dem Kraftfahrzeug (10) und zumindest einem Objekt (13) in einer Umgebung (14) des Kraftfahrzeugs (10). Die Erfindung sieht vor, dass der Prozessor (17) dazu eingerichtet ist, zumindest einen Kommunikationsstandard (35) bereitzustellen, durch welchen jeweils ein digitaler Protokollstack (30) zum Steuern des Austauschs der Kommunikationsdaten (16) und eine Funkfrequenz (f0) für ein Funksignal (22) vorgegeben sind, und jeden bereitgestellten Kommunikationsstandard (35) umzusetzen durch Betreiben des zugehörigen Protokollstacks (30) und durch Bereitstellen eines digitalen Mischers (29), welcher auf einer Basisbandseite (32) mit dem Protokollstack (30) und auf einer HF-Seite (33) mit dem AD-DA-Wandler (19) gekoppelt ist und welcher auf der HF-Seite (33) die Funkfrequenz (f0) vorsieht, wobei der AD-DA-Wandler (19) direkt zwischen den Prozessor (17) und die Antennenanordnung (20) geschaltet ist.




Inventors:
Spehl, Jürgen (85139, Wettstetten, DE)
Application Number:
DE102016007193A
Publication Date:
12/14/2017
Filing Date:
06/14/2016
Assignee:
AUDI AG, 85045 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102013222915A1N/A2014-05-15



Foreign References:
200301391792003-07-24
200700196722007-01-25
200902321912009-09-17
201002340712010-09-16
EP28168512014-12-24
Other References:
https://www.car-2-car.org
Standard IEEE 802.11p
Claims:
1. Funkmodem (11) für ein Kraftfahrzeug (10), aufweisend:
– eine Antennenanordnung (20),
– einen mit der Antennenanordnung (20) gekoppelten AD-DA-Wandler (19),
– eine digitale Prozessoreinrichtung (17) zum Austauschen von Kommunikationsdaten (16) zwischen dem Kraftfahrzeug (10) und zumindest einem Objekt (13) in einer Umgebung (14) des Kraftfahrzeugs (10),
dadurch gekennzeichnet, dass
durch die Prozessoreinrichtung (17) mehrere Kommunikationsstandards (35), welche jeweils einen digitalen Funk-Protokollstack (30) und eine Funkfrequenz (f0) für das Funksignal (22) vorgeben, bereitgestellt sind und die Prozessoreinrichtung (17) dazu eingerichtet ist, einen der bereitgestellten Kommunikationsstandards (35) in Abhängigkeit von einem Auswahlsignal (36) auszuwählen und den ausgewählten Kommunikationsstandard (35) umzusetzen durch Betreiben des zugehörigen Funk-Protokollstacks (30) als Software-Modul und durch Betreiben eines digitalen Mischers (29), welcher auf einer Basisbandseite (32) mit dem Funk-Protokollstack (30) und auf einer HF-Seite (33) mit dem AD-DA-Wandler (19) gekoppelt ist.

2. Funkmodem (11) nach Anspruch 1, wobei der digitale Mischer auf der HF-Seite (33) die Funkfrequenz (f0) des ausgewählten Kommunikationsstandards erzeugt und der AD-DA-Wandler (19) direkt zwischen den digitalen Mischer (29) und die Antennenanordnung (20) geschaltet ist, so dass er sein digitales Signal (25) mit der HF-Seite (33) des Mischers (29) und sein analoges Signal (23) als elektrisches, analoges HF-Signal (23) mit der Antennenanordnung (20) austauscht.

3. Funkmodem (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Steuereinheit (34) bereitgestellt ist, die dazu eingerichtet ist, nacheinander jeweils einen der Kommunikationsstandards (35) mittels des Auswahlsignals (36) auszuwählen und zu überprüfen und zu signalisieren, ob mittels des aktuell ausgewählten Kommunikationsstandards (35) der Austausch der Kommunikationsdaten (16) mit dem zumindest einen Objekt (13) erfolgreich ist.

4. Funkmodem (11) nach Anspruch 3, wobei die Steuereinheit (34) dazu eingerichtet ist, die Auswahl der Kommunikationsstandards (35) in Abhängigkeit von einer öffentlich verfügbaren Beschreibung (37) einzustellen.

5. Funkmodem (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Kommunikationsstandard (35) zumindest einen Mobilfunkstandard, insbesondere 5G, LTE-vehicle, LTE-D2D, LTE-ad-hoc, und/oder zumindest einen WLAN-Standard, insbesondere den Standard IEEE 802.11p, pWLAN, umfasst.

6. Funkmodem (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Funkmodem (11) dazu eingerichtet ist, einen Mobilfunkstandard (35), insbesondere LTE, bereitzustellen und aus einem Uplink-Kanal (38), welcher zum Aussenden an eine Basisstation (39) vorgesehen ist, die Kommunikationsdaten (16) zu empfangen und hierdurch die von dem zumindest einen Objekt (13) über den Uplink-Kanal (38) ausgesendete Kommunikationsdaten (16) unter Umgehung der Basisstation (39) direkt zu empfangen.

7. Funkmodem (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Prozessoreinrichtung (17) einen Mikroprozessor und/oder DSP und/oder FPGA und/oder ASIC umfasst.

8. Funkmodem (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Prozessoreinrichtung (17) und der AD-DA-Wandler (19) als ein gemeinsamer integrierter Schaltkreis bereitgestellt sind.

9. Kraftfahrzeug (10) mit einem Funkmodem (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

10. Verfahren zum Austauschen von Kommunikationsdaten (16) zwischen einem Kraftfahrzeug (10) und zumindest einem Objekt (13) in der Umgebung (14) des Kraftfahrzeugs (10), wobei durch eine Prozessoreinrichtung (17) in Abhängigkeit von einem Auswahlsignal (36) aus mehreren bereitgestellten Funk-Protokollstacks (30) einen Funk-Protokollstack (30) ausgewählt wird und der Funk-Protokollstack (30) der ausgewählten Kommunikationsstandards (35) als Software-Modul betrieben wird und ein digitaler Mischer (29), welcher auf einer Basisbandseite (32) mit dem Funk-Protokollstack (30) und auf einer HF-Seite (33) mit einem AD-DA-Wandler (19) gekoppelt ist, betrieben wird.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Funkmodem für ein Kraftfahrzeug, um mittels des Kraftfahrzeugs z. B. eine Car2X-Kommunikation durchzuführen. Mittels des Funkmodems können aus Kommunikationsdaten Funksignale (Senden) und aus Funksignalen Kommunikationsdaten (Empfangen) erzeugt werden. Zu der Erfindung gehören auch ein Kraftfahrzeug mit den erfindungsgemäßen Funkmodem sowie ein Verfahren zum Austauschen von Kommunikationsdaten.

Aktuell erfordert jeder Funk-Dienst (auch als Radio-Layer bezeichnet) dedizierte Hardware in Form spezieller Mobilfunk-Modems. Mittels eines Funkmodems können in der beschriebenen Weise aus digitalen Sendedaten ein Funksignal (durch Modulation beim Senden) und aus einem Funksignal digitale Empfangsdaten (durch Demodulation beim Empfangen) erzeugt werden. Für die Kommunikation oder den Austausch von Kommunikationsdaten zwischen Kraftfahrzeugen untereinander (Car2Car, siehe auch die Internetseite https://www.car-2-car.org) oder zwischen einem Kraftfahrzeug und einer Infrastrukturkomponente, wie zum Beispiel einer Ampel oder einem Verkehrsschild, (Car2I) gibt es derzeit zwei mögliche Funkstandards, von denen einer auf einem Mobilfunkstandard (LTE – Long Term Evolution) und einer auf einem WLAN-Standard (Wireless Local Area Network) basiert. Die beschriebenen Kommunikationsdienste werden auch als Car2X oder Fahrzeug-Ad-hoc-Netzwerk zusammengefasst.

Um in einem Kraftfahrzeug universell die beschriebene Car2X-Kommunikation bereitstellen zu können, ist somit eine aufwendige Hardware nötig, die beide Kommunikationsstandards betreiben kann, also die nötigen Funkfrequenzen erzeugen bzw. empfangen kann und den zugehörigen Protokollstack zum Steuern der Kommunikation bereitstellt. Ein Protokollstack ist hierbei zumindest ein Programmmodul, mittels welchem die Kommunikationsdaten bearbeitet werden, um hierdurch eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Kraftfahrzeug einerseits und einem Objekt in der Umgebung andererseits zu definieren. Ein Protokollstack kann zum Beispiel die Schichten des ISO-OSI-Referenzmodells (ISO – International Organization for Standardization; OSI – Open Systems Interconnection) realisieren.

Ein Kraftfahrzeug, welches zwei Kommunikationsstandards bereitstellt, ist aus der EP 2 816 851 A1 bekannt. Danach sind zwei RAT-Transceiver (RAT – Radio Access Technologie) bereitgestellt, die über einen Kommunikationsbus Sendedaten empfangen und daraus durch Modulation ein Funksignal erzeugen oder umgekehrt aus einem empfangenen Funksignal durch Demodulation Empfangsdaten erzeugen und in den Kommunikationsbus übertragen können. An den Kommunikationsbus ist auch ein digitaler Signalprozessor angeschlossen, welcher die Sendedaten erzeugt bzw. die Empfangsdaten verarbeitet. Nachteilig bei diesem Kraftfahrzeug ist, dass die Umwandlung von Sendedaten in das Funksignal bzw. aus von dem Funksignal in Empfangsdaten durch einen separaten Mischer erfolgen muss, der den Bus mit den Transceivern koppelt. Dies erfordert ein zusätzliches Bauteil und macht damit die Herstellung des Kraftfahrzeugs unerwünscht bauteilintensiv.

Aus der US 2010/0234071 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einem Multi-RAT-System bekannt. Durch einen Prozessor können mehrere Protokollstacks bereitgestellt werden. Zum Aussenden und Empfangen von Funksignalen sind mehrere Hochfrequenz-Schaltkreise bereitgestellt, die jeweils einen Mischer aufweisen. Dies macht die Herstellung des Systems ebenfalls Hardware-intensiv.

Aus der DE 10 2013 222 915 A1 ist ein Kraftfahrzeug bekannt, bei welchem zwei Funkmodems bereitgestellt sind, die sich eine Antenne teilen können. Das Bereitstellen von zwei Funkmodems ist ebenfalls bauteilintensiv.

Die der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit geringem Bauteilaufwand für eine Car2X-Kommunikation ein Funkmodem bereitzustellen.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung und die Figur beschrieben.

Durch die Erfindung ist ein Funkmodem für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt. Das Funkmodem weist eine Antennenanordnung, einen mit der Antennenanordnung gekoppelten AD-DA-Wandler (Analog-Digital- und Digital-Analog-Wandler) und eine Prozessoreinrichtung auf. Die Antennenanordnung kann zum bidirektionalen Wandeln zwischen einem kabelgebundenen, elektrischen HF-Signal und einem Funksignal ausgelegt sein. Die Antennenanordnung kann also zum Beispiel eine Antenne oder mehrere Antennen und optional zum Beispiel eine Verstärkerschaltung umfassen. Der AD-DA-Wandler kann zum bidirektionalen Wandeln zwischen einem digitalen Signal und einem analogen Signal ausgelegt sein. Die Prozessoreinrichtung ist dazu eingerichtet, Kommunikationsdaten zwischen dem Kraftfahrzeug und zumindest einem Objekt in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs auszutauschen. Bei dem zumindest einen Objekt handelt es sich insbesondere um zumindest ein anderes Fahrzeug und/oder um zumindest eine Infrastrukturkomponente, also jeweils zum Beispiel eine Ampel und/oder ein Verkehrsschild mit einem Kommunikationsmodul.

Die Prozessoreinrichtung ist erfindungsgemäß dazu eingerichtet, mehrere einen Kommunikationsstandard bereitzustellen. Durch jeden Kommunikationsstandard ist jeweils ein digitaler Funk-Protokollstack zum Steuern der Kommunikation, also des Austauschs der Kommunikationsdaten, vorgegeben. Des Weiteren gibt jeder Kommunikationsstandard eine Funkfrequenz für das Funksignal vor. Die Funkfrequenz oder die Hochfrequenz (HF) kann hierbei zum Beispiel in einem Frequenzintervall von 600 Megahertz bis 5 Gigahertz liegen.

Die Prozessoreinrichtung nutzt zum Austauschen der Kommunikationsdaten den AD-DA-Wandler sowie die Antennenanordnung. Das Austauschen der Kommunikationsdaten kann hierbei das Aussenden zumindest eines Teils der Kommunikationsdaten an das zumindest eine Objekt und/oder das Empfangen zumindest eines Teils der Kommunikationsdaten von dem zumindest einen Objekt umfassen.

Als Kommunikationsstandards sind bevorzugt zumindest ein Mobilfunkstandard und/oder zumindest ein WLAN-Standard vorgesehen. Als Mobilfunkstandard ist insbesondere zumindest einer der folgenden bereitgestellt: 5G, LTE-vehicle, LTE-D2D, LTE-ad-hoc. Als WLAN-Standard ist insbesondere zumindest der Standard IEEE 802.11p (auch als pWLAN bezeichnet) vorgesehen.

Die Prozessoreinrichtung ist des Weiteren dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von einem Auswahlsignal aus den bereitgestellten Kommunikationsstandard einen Kommunikationsstandard auszuwählen und in der folgenden Weise umzusetzen. Durch die Prozessoreinrichtung selbst wird der Funk-Protokollstack des ausgewählten Kommunikationsstandards als Software-Modul betrieben. Hierzu kann in der beschriebenen Weise eine Anordnung aus zumindest einem Programmmodul ausgeführt werden. Des Weiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Prozessor einen digitalen Mischer betreibt, welcher auf einer Basisbandseite mit dem Funk-Protokollstack gekoppelt ist. Mit anderen Worten tauscht der digitale Mischer an seiner Basisbandseite digitale Daten mit dem Funk-Protokollstack aus.

Durch das erfindungsgemäße Funkmodem ergibt sich der Vorteil, dass keine zusätzlichen Bauteile benötigt werden, um mehrere Funk-Protokollstacks zu betreiben. Je nach ausgewähltem Kommunikationsstandard wird eine Software-Modul mit dem entsprechenden Funk-Protokollstack betrieben und durch einen digitalen Mischer eine Anbindung an die Antennenanordnung erreicht.

Zum Aussenden der Kommunikationsdaten führt das erfindungsgemäße Funkmodem hierbei das folgende, erfindungsgemäße Verfahren durch.

Durch die Prozessoreinrichtung wird in Abhängigkeit von einem Auswahlsignal aus mehreren bereitgestellten Funk-Protokollstacks einen Funk-Protokollstack ausgewählt und es werden der Funk-Protokollstack der ausgewählten Kommunikationsstandards als Software-Modul sowie ein digitaler Mischer, welcher auf einer Basisbandseite mit dem Funk-Protokollstack und auf einer HF-Seite mit einem AD-DA-Wandler gekoppelt ist, betrieben.

Eine geeignete Prozessoreinrichtung kann insbesondere dadurch bereitgestellt werden, dass der Prozessor einen Mikroprozessor (integrierter, programmierbarer Schaltkreis) und/oder einen digitalen Signalprozessor (DSP) und/oder ein FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder einen ASIC (Application specific integrated circuit) umfasst.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Prozessoreinrichtung und der AD-DA-Wandler als ein gemeinsamer integrierter Schaltkreis bereitgestellt sind. Dies führt zu einer besonders kompakten Bauweise des Funkmodems.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen, durch deren Merkmale sich zusätzliche Vorteile ergeben.

Eine HF-Seite des digitalen Mischers ist bevorzugt mit dem AD-DA-Wandler gekoppelt. Die HF-Seite des digitalen Mischers sieht dabei den Betrieb mit der Funkfrequenz vor. Mit anderen Worten ist der digitalen Mischer dazu eingerichtet, zum Senden aus digitalen Daten der Basisbandseite auf der HF-Seite ein digitales HF-Signal zu erzeugen, welches einen Frequenzanteil aufweist, welcher der Funkfrequenz entspricht. Des Weiteren ist der digitalen Mischer dazu vorgesehen, zum Empfangen ein digitales HF-Signal von dem AD-DA-Wandler zu empfangen und dieses durch digitale Demodulation in das Basisband herunter zu mischen und die so erzeugten digitalen Daten an der Basisbandseite dem Protokollstack bereitzustellen. Der AD-DA-Wandler ist entsprechend direkt mit dem Prozessor gekoppelt. Hierdurch ist der beschriebene Austausch des digitalen HF-Signals zwischen der HF-Seite des digitalen Mischers einerseits und dem AD-DA-Wandler andererseits ermöglicht. Mit anderen Worten entspricht das digitale Signal des AD-DA-Wandlers dem digitalen HF-Signal der HF-Seite des Mischers. Der AD-DA-Wandler ist somit zwischen den Prozessor und die Antennenanordnung geschaltet. Hierdurch tauscht der AD-DA-Wandler sein analoges Signal mit der Antennenanordnung aus. Mit anderen Worten entspricht das elektrische HF-Signal der Antennenanordnung dem analogen Signal des AD-DA-Wandlers.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass durch den Prozessor mehrere Kommunikationsstandards zugleich bereitgestellt sind und der Prozessor dazu eingerichtet ist, jeweils einen der bereitgestellten Kommunikationsstandards in Abhängigkeit von einem Auswahlsignal zu betreiben. Die Kommunikationsstandards können beispielsweise jeweils durch das entsprechende, beschriebene zumindest eine Programmmodul in einem Datenspeicher des Prozessors bereitgehalten sein. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass der Prozessor im Betrieb zwischen Kommunikationsstandards umschalten kann. Dann kann jeweils sowohl der Protokollstack bereitgestellt werden als auch die Antennenanordnung mit der zugehörigen Funkfrequenz betrieben werden.

Insbesondere ist vorgesehen, dass eine Steuereinheit bereitgestellt ist, die dazu eingerichtet ist, nacheinander jeweils einen der Kommunikationsstandards mittels des Auswahlsignals in dem Prozessor auszuwählen. Mit anderen Worten erzeugt die Steuereinheit das Auswahlsignal in der Weise, dass die Prozessoreinrichtung nacheinander einen der Kommunikationsstandards aktiviert oder umsetzt. Die Steuereinheit kann als ein Bestandteil des Prozessors bereitgestellt sein, beispielsweise als ein Programmodul. Die Steuereinheit kann auch ein von dem Prozessor verschiedenes Bauteil und/oder Steuerprogramm umfassen. Die Steuereinheit ist des Weiteren dazu eingerichtet, zu prüfen und zu signalisieren, ob mittels des aktuell ausgewählten Kommunikationsstandards der Austausch der Kommunikationsdaten mit dem Objekt erfolgreich ist. Mit anderen Worten probiert die Steuereinheit die verschiedenen Kommunikationsstandards abwechselnd oder nacheinander aus und erkennt, ob erfolgreich eine Kommunikationsverbindung zu dem zumindest einen Objekt aufgebaut werden konnte. Wie bereits ausgeführt, kann die Car2X-Kommunikation auf unterschiedlichen Kommunikationsstandards beruhen. Damit das Kraftfahrzeug mit dem zumindest einen Objekt eine Kommunikationsverbindung aufbauen kann, muss es also wissen, welchen Kommunikationsstandard es verwenden muss. Dies findet das erfindungsgemäße Funkmodem dadurch heraus, dass die Steuereinheit die bereitgestellten Kommunikationsstandards nacheinander selbstständig ausprobiert, bis eine erfolgreiche Übertragung der Kommunikationsdaten erkannt wird.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Auswahl der Kommunikationsstandards in Abhängigkeit von einer öffentlich verfügbaren Beschreibung, z. B. einer Tabelle, einzustellen. So kann in einer vorbestimmten Region, beispielsweise einem Land, durch die öffentlich verfügbaren Beschreibung eine Liste der verwendbaren oder vorgesehenen Kommunikationsstandards für Car2X-Kommunikation bereitgestellt werden. Die Steuereinheit kann dann diese Beschreibung empfangen und dazu nutzen, aus den bereitgestellten Kommunikationsstandards diejenigen auszuwählen, die für die Region vorgesehen sind.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Funkmodems sieht vor, dass der Prozessor dazu eingerichtet ist, einen Mobilfunkstandard, insbesondere LTE, bereitzustellen. Hierbei betreibt das Funkmodem allerdings in einem Standard-gemäß vorgesehenen Sendebetrieb den AD-DA-Wandler und den Mischer invers. Mit anderen Worten ist das Funkmodem bevorzugt dazu eingerichtet, aus einem Uplink-Kanal, welcher zum Aussenden an eine Basisstation vorgesehen ist, die Kommunikationsdaten zu empfangen. Hierdurch empfängt das Funkmodem Kommunikationsdaten, die von dem Objekt über den Uplink-Kanal ausgesendet sind, unter Umgehung der Basisstation. Mit anderen Worten empfängt das Modell in dem Uplink-Kanal die Kommunikationsdaten des zumindest einen Objekts ab oder hört sie ab. Hierdurch kann auf der Grundlage eines Mobilfunkstandards eine direkte Kommunikation oder ein direkter Datenaustausch zwischen dem Kraftfahrzeug einerseits und dem zumindest einen Objekt andererseits erfolgen, ohne dass hierzu eine Basisstation nötig ist. Bei einem Kommunikationsstandard, der dieselbe Funkfrequenz für Senden und Empfangen vorsieht und hierbei eine Zeitmultiplexing für Sende- und Empfangszeiten angibt, kann das Funkmodem entsprechen zu Sendezeiten auf Empfang geschaltet werden, um die Kommunikationsdaten ohne die Basisstation zu erhalten.

Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug, welches das erfindungsgemäße Funkmodem aufweist. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, ausgestaltet.

Zu der Erfindung gehören schließlich auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Funkmodems beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.

Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt die einzige Figur (Fig.) eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.

Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.

Die Figur zeigt ein Kraftfahrzeug 10, bei dem es sich beispielsweise um einen Kraftwagen insbesondere einen Personenkraftwagen, handeln kann. Das Kraftfahrzeug 10 kann ein Funkmodem 11 aufweisen, über welches eine Fahrzeugkomponente 12 mit zumindest einem Objekt 13 in einer Umgebung 14 des Kraftfahrzeugs 10 eine Kommunikationsverbindung 15 zum Austauschen von Kommunikationsdaten 16 herstellen oder aufbauen oder betreiben kann. Bei der Fahrzeugkomponente 12 kann es sich zum Beispiel um ein Fahrerassistenz System oder ein Infotainmentsystem (Informations-Unterhaltungssystem) sein. Bei den Kommunikationsdaten 16 kann es sich beispielsweise um Positionsdaten und/oder Manöverdaten zum Beschreiben eines geplanten oder gerade durchgeführten Fahrmanövers handeln. Das Objekt 13 kann zum Beispiel ein weiteres Fahrzeug oder eine Infrastrukturkomponente eines Verkehrswegenetzes es sein.

Das Funkmodem 11 kann einen Prozessor 10 und ein Antennenelement 18 umfassen oder aufweisen. Bei dem Prozessor 17 kann es sich zum Beispiel um einen digitalen Signalprozessor oder einen Mikroprozessor oder eine Kombination aus mehreren Rechnern handeln. Das Antennenelement 18 kann einen AD-DA-Wandler 19 und eine Antennenanordnung 20 aufweisen. Die Antennenanordnung 20 kann zum Beispiel eine Antenne 21 oder mehrere Antennen umfassen. Mittels der Antenne 21 können Funksignale 22 mit einer Antennenanordnung 20' des Objekts 13 ausgetauscht werden. Funksignale 22 sind hier insbesondere elektromagnetische Wellen, die ihr Spektrum in einem Frequenzbereich von zum Beispiel 600 Megahertz bis 5 Gigahertz aufweisen können. Es handelt sich somit um hochfrequente (HF) Funkwellen. Die Antennenanordnung 20 wandelt zwischen den Funkwellen 22 und einem elektrischen HF-Signal 23, das über eine elektrische Leitung 24, zum Beispiel ein Koaxialkabel, von dem AD-DA-Wandler 19 hin zur Antennenanordnung 20 (Senden) oder von der Antennenanordnung 20 zu dem AD-DA-Wandler 19 (Empfangen) übertragen werden kann. Der AD-DA-Wandler wandelt zwischen dem analogen HF-Signal 23 und einem korrespondierenden digitalen HF-Signal 25, welches der AD-DA-Wandler mit dem Prozessor 17 über eine Datenverbindung 26 austauschen oder übertragen kann. Die Datenverbindung 26 kann zum Beispiel eine Datenrate in einem Bereich von 10 Gigabit pro Sekunde bis 25 Gigabit pro Sekunde aufweisen. Die Datenverbindung kann elektrisch oder optisch sein.

Der Prozessor 17 kann des Weiteren über Steuerleitungen 27 mit einer Steuerschnittstelle 28 des Antennenelements 18 verbunden sein, um zum Beispiel eine Abtastrate des AD-DA-Wandlers einzustellen und/oder die Antennenanordnung 20 an eine aktuell verwendete Funkfrequenz anzupassen oder zu tunen.

Das analoge Signal des AD-DA-Wandlers kann direkt zum Betreiben der Antennenanordnung 20 genutzt werden. Denn das digitale HF-Signal 25 kann bereits die Frequenzanteile aufweisen, die einer Funkfrequenz f0 des Funksignals 22 entsprechen. Mit anderen Worten ist kein separater, analoger Mischer oder Mixer oder Frequenzumsetzer nötig.

Hierzu weist der Prozessor 17 einen digitalen Mischer 29 auf, der mit der aktuell benötigten oder eingestellten Funkfrequenz f0 betrieben wird. Mit anderen Worten moduliert und/oder demoduliert der Mischer 29 mit einem digitalen Modulations/Demodulations-Signal, welches die Funkfrequenz f0 aufweist.

Um die Kommunikationsverbindung 15 mit dem Objekt 13 aufzubauen, ist des Weiteren nötig, ein Kommunikationsprotokoll einzuhalten oder zu befolgen, damit die gesendeten Kommunikationsdaten korrekt durch das Objekt 13 und das Kraftfahrzeug 10 interpretiert werden können. Hierzu ist in dem Prozessor 17 ein Kommunikationsstack oder Protokollstack 30 bereitgestellt, welcher die Kommunikationsdaten 16 mit der Fahrzeugkomponente 12 austauschen kann und welcher gemäß dem Kommunikationsprotokoll verarbeitete Basisbanddaten 31 mit einer Basisband-Seite 32 des Mischers 29 austauscht. Auf einer HF-Seite 33 wird das digitale HF-Signal 25 über die Datenverbindung 26 ausgetauscht.

Welcher Protokollstack 30 betrieben wird und welche Funkfrequenz f0 durch den Mischer 29 verwendet wird, kann in der Prozessor 17 durch eine Steuereinheit 34 festgelegt werden. Z. B. können der Protokollstack 30 und Funkfrequenzen f0 für mehrere unterschiedliche Kommunikationsstandards 35 in den Prozessor 17 bereitgestellt sein, von denen jeweils einer durch ein Auswahlsignal 36 der Steuereinheit 34 festgelegt oder ausgewählt werden kann. Hierzu kann eine Beschreibung z. B. in Form einer Tabelle 37 bereitgestellt sein, mit der auch zum Beispiel das Objekt 13 betrieben werden kann. Hierdurch können sich das Kraftfahrzeug 10 und das Objekt 13 durch ausprobieren oder prüfen der in der Tabelle 37 festgelegten Kommunikationsstandards 35 abstimmen, bis ein gemeinsamer Kommunikationsstandard 25 eingestellt oder gefunden ist.

Ein möglicher Kommunikationsstandard ist ein Mobilfunkstandard, wie zum Beispiel LTE 5G. Durch diesen Mobilfunkstandard ist insbesondere ein Uplink-Kanal 38 definiert, über welchen zum Beispiel das Objekt 13 in Richtung zu einer Basisstation 39 eines Mobilfunknetzes aussenden kann. Das Funkmodem 11 kann dazu eingerichtet sein, als Funkfrequenz f0 für einen Empfang die Funkfrequenz des Uplink-Kanals 38 einzustellen und hierdurch die in dem Uplink-Kanal 38 ausgesendeten Kommunikationsdaten 16 des Objekts 13 ebenfalls zu empfangen und direkt, ohne die Basisstation 39 zu benötigen, der Fahrzeugkomponente 12 als empfangene Kommunikationsdaten 16 bereitzustellen. Das Funkmodem wird damit bei der Funkfrequenz f0 invers betrieben, nämlich nicht als Sender, sondern als Empfänger. Bei einem Kommunikationsstandard, der dieselbe Funkfrequenz für Senden und Empfangen vorsieht und hierbei eine Zeitmultiplexing für Sende- und Empfangszeiten angibt, kann das Funkmodem entsprechen zu Sendezeiten auf Empfang geschaltet werden, um die Kommunikationsdaten 16 ohne die Basisstation 39 zu erhalten.

Somit besteht bei dem Kraftfahrzeug 10 die Grundidee darin, ein Funkmodem 11, welches eine universelle Funkschnittstelle oder Radio-Schnittstelle nachgebildet, multifunktional auszulegen. Hierdurch kann die Hardware mindestens zwei aktuell konkurrierende Kommunikationsstandards oder Funkstandards für die zukünftige Car2X-Kommunikation (nämlich pWLAN und 5G LTE-vehicle) abdecken. Durch Programmmodule des Prozessors 17 kann dann eingestellt werden, welcher der Kommunikationsstandards zu einem bestimmten Zeitpunkt betrieben wird. Durch das beschriebene universelle Funkmodem kann mittels des schnellen, breitbandigen AD-DA-Wandlers und der Vorverarbeitung durch den Protokollstack 30 per Software konfiguriert werden, gemäß welchem Kommunikationsstandard die Funkverbindung 15 aufgebaut wird.

Somit können mehrere Infotainment- und/oder Kommunikationsdienste, bevorzugt auch Car2Car-Kommunikation und Fahrerassistenz-Funktionen, in einem Fahrzeugsteuergerät implementiert werden und hierzu sogenanntes SDR (software defined radio) verwendet werden, das adaptiv unterschiedliche Kommunikationsstandards betreiben kann, anstatt mehrere dedizierte Silizium-Chips zu verwenden.

So kann auch schon beim Bereitstellen oder Herstellen eines Kraftfahrzeugs entschieden werden, die Car2Car-Kommunikation nach dem pWLAN-Standard oder nach dem Mobilfunkstandard 5G zu betreiben. Dies kann beispielsweise in den Prozessor 17 fest einprogrammiert werden, sodass nur Programmmodule für jeweils einen Kommunikationsstandard bereitgestellt werden müssen. Es kann aber auch vorgesehen sein, mittels der Steuereinheit 34 mehrere Kommunikationsstandards 35 auswählbar zu machen.

Um auch den Uplink-Kanal 38 eines Mobilfunkstandard nutzen zu können, wie er im Mobilfunkstandard LTE vorgesehen ist, kann ein Broadcast-ad hoc-Modus realisiert werden, der den beschriebenen Kanalzugriff über CSMA/CA auf den ab Link-Kanal 38 vorsieht.

Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung ein LTE-5G Multi-RAT-Modem für zukünftige Car2X-Systeme bereitgestellt werden kann.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • EP 2816851 A1 [0004]
  • US 2010/0234071 A1 [0005]
  • DE 102013222915 A1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

  • https://www.car-2-car.org [0002]
  • Standard IEEE 802.11p [0012]