CN102710318A - 用于与直视通信无关的数据传输的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在车对车或车对基础设施通信系统中用于从发射机(S)至接收机(E)的、与直视通信无关的数据传输的方法，所述方法包括以下步骤：通过发射机(S)发射数据编码在其中的电磁辐射(R1)，所述发射机(S)存在于汽车(1a)或交通基础设施物体(6)中；提供反射器装置(4、7、9)，所述反射器装置(4、7、9)设计用于，至少部分地反射(R2)被发射的电磁辐射(R1)；布置所述反射器装置(4、7、9)，从而可由接收机(E)接收被发射的电磁辐射(R1、R2)；以及通过存在于汽车(1b)或交通基础设施物体(6)中的接收机(E)接收电磁辐射(R2)。

Description

用于与直视通信无关的数据传输的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种在车对车或车对基础设施通信系统中用于从发射机至接收机的、与直视通信无关的(sichtverbindungsunabhaengig)数据传输的方法。本发明还涉及用于与直视通信无关的数据传输的系统。
背景技术
由现有技术已知了车对X(车对车或车对基础设施)通信服务，这种通信服务用在将来的道路车辆中。这种通信服务实现了机动车彼此之间的或机动车和交通设备之间的数据和信息交换。通信标准记录在IEEE802.11p中。尤其应该进行汽车彼此之间以及汽车和基础设施之间的通信，从而警告随后的、迎面而来的以及侧面到来的交通工具提防危险情况。例如，可能的场景是，利用蓝闪光灯警告交通参与者提防快速行驶的执勤车，从而避免在信号灯交叉路口可能碰撞到在红灯时横穿的蓝闪光灯车辆。
因为根据IEEE802.11p的标准，通常在5.8GHz的相对高频率下进行通信，对数据交换来说，要求进行所谓的视线传输(Line-of-Sight-Propagation)是必需的。这意味着，在多数情况下必须存在信息的发射机和接收机之间的直接的视野接触。例如，如果由于建筑物限制了直接的视野接触，那么仅发生不充分的通信或完全不可能发生通信。
在目前为止的用于解决该问题的方法中，通常使用有源的节点(参见EP2178064和DE102008015778)。该节点接收来自发射机的信号，在自身的电子装置中分析该信号，并在处理后将信号传输至接收机。这种系统极其昂贵，需要外部的供电，并且由于复杂的电子装置而需经常维护。
在其它领域，尤其是雷达测位领域中，长期以来已使用了反射器，该反射器使得通常电磁波可透过的结构变得可见。这种装置的例子是DE102006019170和DE29521019中描述的反射器，以及在帆船中常见的所谓的顶积层(topsets)。然而，在数据传输的框架内未使用这种反射器。
由JP2005174237A已知了一种用于车对车通信的装置，其中由第一汽车的发射机发射的电磁波被第二汽车的接收机接收。在此，接收方向对准弱衍射的波，因此可以改善通信。
由DE102007042792A1已知了一种用于机动车的环境监控的方法。该方法可以用于与直视通信无关的、基于无线电的车对车通信。汽车的反应可以与其它交通参与者的行为一致。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种在道路交通中用于发射机至接收机的与直视通信无关的数据传输的、可简单执行的方法以及价廉且少维护的系统。
该目的通过具有权利要求1所述的特征的方法以及具有权利要求5所述的特征的系统实现。
本发明涉及一种在车对车或车对基础设施通信系统中用于从发射机至接收机的、与直视通信无关的数据传输的方法，且包括如下步骤：
-通过发射机发射数据编码在其中的电磁辐射(射束/射线)，所述发射机存在于汽车或交通基础设施物体中；
-提供反射器装置，所述反射器装置设计用于，至少部分地反射被发射的电磁辐射；
-布置所述反射器装置，从而可由接收机接收被发射的电磁辐射；以及
-通过接收机接收电磁辐射，所述接收机存在于另外的汽车或交通基础设施物体中。
车对车或车对基础设施通信系统的特征尤其在于，汽车检测自身的行驶数据(速度、运动方向、位置等)，并通过无线电向其它交通参与者—例如像汽车—和/或交通基础设施物体(光信号设备、交通信息指示单元、交通调度台等)提供该数据。电磁辐射尤其可以是无线电波(例如WLAN、UMTS等)。编码在电磁辐射中的数据尤其可以是这种涉及汽车的行驶信息的数据，发射机位于所述汽车中。尤其可以如此设计反射器装置，即对发射机发射的电磁辐射的各个频带来说，反射器装置具有极高的反射率。在布置该反射器装置时，尤其可以通过几何光学系统的定律由发射机发射的电磁辐射的主入射方向来确定所要求的反射方向。各个汽车中的发射机和接收机尤其也可以分别作为接收机或发射机工作。
可以尤其简单地执行该方法或在道路交通中实施该方法。仅需提供合适的反射器装置，并将其安置在选定的地点并合适地取向。对反射器装置来说不需要自身的电源，因此在一次安装后其工作可以无成本地进行。反射器装置的极其简单的构造实现了几乎或完全不必维护该反射器装置。可以取消作为接收机和中继-发射机起作用的、昂贵和维护密集的有源节点。此外，确保了车对车或车对基础设施的非常可靠的通信。该方法耐用且不容易发生错误。
反射器装置优选布置在位于交通道路两侧的建筑物上。可选地或附加地，其也可以布置在光信号设备，尤其是信号灯设备上。也可以设计为，反射器装置位于交通道路的转弯处或转弯处附近。最后，还可以设计为，反射器装置位于多个交通道路的交叉口，尤其是十字路口的中心。反射器装置的这种定位尤其适合于，确保容易、简单和可靠的安装以及同时确保电磁辐射反射进具有接收机的汽车可能会停留的区域内。尤其对安装来说，需要花费相当费用和附加的设备，例如像支架、支柱等不是必须的，相反反射器装置可以布置在已经存在的且可能已用于其它目的的物体上。由此避免了成本高的安装和冗余。
在此，尤其优选的是，反射器装置如此布置在第一和第二交通道路的交叉点上，即该反射器装置将基本上沿第一交通道路的方向被发射的电磁辐射反射到基本上沿第二交通道路的方向。如果具有发射机的汽车位于第一交通道路上且具有接收机的汽车位于第二交通道路上，那么由于这两个交通道路的交叉点可能不能确定，在发射机和接收机之间存在直视通信。例如，直视通信会由于位于交通道路两侧的、在第一和第二交通道路之间的建筑物而中断。而反射器装置实现了两个汽车的发射机和接收机之间的车对车通信，因为反射器装置布置在两个交通道路的交叉点上。由发射机发射的电磁辐射的辐射角可通过反射器以合适的方式改变，从而电磁辐射被转向至接收机。为此，反射器可以尤其具有强烈的从优/首选方向(Vorzugsrichtung)。优选可以如此设计并如此布置反射器，即入射和反射的电磁辐射之间的角度为90°。对其交通道路以90°相交的十字路口来说，这种实施方式是尤其有利的，其中反射器装置尤其优选安装在十字路口中间。
电磁辐射优选具有在4GHz至7GHz范围内的频率，且在此优选在5.8GHz至6GHz范围内的频率。在此，尤其优选在5.85GHz至5.925GHz范围内的频率。该范围对应于专用短程通信(DSRC)频带，该频带由标准IEEE 802.11p得出。然而，对电磁辐射来说，也可以设定在标准IEEE802.11和IEEE 802.11p中确定的频带中所有其它任意频率。在该方法中使用的电磁辐射的频率则最佳地与在车对车或车对基础设施通信系统中通常所用的频带一致。
根据本发明的系统用于在道路交通中从发射机至接收机的、与直视通信无关的数据传输。该系统包括发射机，该发射机设计用于发射数据编码在其中的电磁辐射，且该发射机位于一汽车或交通基础设施物体中。该系统还包括接收机，该接收机设计用于接收电磁辐射且位于一汽车或交通基础设施物体中。最后，该系统还包括反射器装置，该反射器装置设计用于至少部分地反射被发射的电磁辐射，且该反射器装置可如此布置，即被发射的电磁辐射可由接收机接收。
反射器装置优选包括至少一个设计为平面的、由金属制成的反射器元件，该反射器元件尤其可以为金属片。例如可以通过焊接金属片极其价廉地制造该反射器装置。这种实施方式格外坚固、机械上稳定、维护少、不受气候影响、不容易出错且同时保证了极有效地反射电磁辐射。
反射器装置优选包括至少三个反射器元件，这些反射器元件相对彼此如此布置，即它们形成了棱锥体或正六面体的外观。该棱锥体或正六面体尤其可以相对于彼此垂直地会聚的交通道路如此布置，即在交通道路的交叉点处，棱锥体或正六面体的棱沿交通道路的方向指向。反射器装置的这种实施方式尤其适合用于在十字路口或T形交叉路口的交叉点处的安装。通过将反射器元件实施为凸出地弯曲，反射器装置的这种形式也可以由所述一个棱锥体导出。则入射的电磁辐射可以沿多个不同的方向被反射。
参考根据本发明的方法介绍的优选的实施方式和其优点相应地适用于根据本发明的系统。
附图说明
下面根据实施例进一步解释本发明：
图1示意性地示出交叉路口以及汽车的俯视图，所述汽车通过车对车通信彼此联系；
图2为一条道路的透视图；
图3A示出反射器装置的可能的安装的第一实施例；
图3B示出反射器装置的可能的安装的第二实施例；
图3C示出反射器装置的可能的安装的第三实施例；以及
图4示出反射器装置的实施例。
在附图中，相同或功能相同的元件具有相同的标号。
具体实施方式
图1以俯视图示出两条道路2a和2b，这两条道路2a和2b彼此垂直地会聚在交叉路口3。道路2a和2b的所有侧面都有邻接的建筑物。建筑物5a、5b、5c和5d使得由道路2a和2b形成的“道路峡谷”之间直接的直视通信变得困难，或阻碍了这种通信。
总共三辆汽车1a、1b和1c位于道路2a和2b上。汽车1a和1c在道路2a上相向行驶，且彼此处于直接的直视通信中。在所有汽车1a至1c中安装了属于车对车通信系统的电子通信装置。该装置既可作为用于频率5.8GHz的无线电辐射的发射机也可作为用于其的接收机。例如，汽车1a检测其瞬时位置和速度，并通过无线电通信把该数据传递至另外的交通参与者。为此，汽车1a中提供有车对车通信装置，该车对车通信装置作为发射机S可发射无线电辐射。在汽车1c中设有类似的装置，该装置作为接收机E1用于该电磁辐射。因为在汽车1a和1c之间存在直接的直视通信，所以可以通过从发射机S至接收机E1的电磁无线电辐射R3直接传输数据。
相反，在汽车1a和1b之间不存在直接的直视通信。由发射机S发射至汽车1b的接收机E的无线电射束R4由于建筑物5a而不能到达接收机E。该直接的视线传输被建筑物5a中断。然而，例如为了避免两辆汽车1a和1b在交叉路口3处碰撞，恰在汽车1a和1b之间通过车对车通信进行数据交换是尤其有益的。然而，根据现有技术，这种通信不容易实现，因为无线电接触被建筑物5a中断。
但是，为了实现无线电接触，在交叉路口3的中间，即在道路2a和2b的交叉点处安装了形式为反射器棱锥体4的反射器装置。该反射器棱锥体4如此构造，即其具有正方形的底面。形成该棱锥体的侧面由彼此焊接的金属片形成，该金属片能够特别好地反射5.8GHz的电磁辐射。
如图2示出的，反射器棱锥体4如此安装在信号灯设备6处，即棱锥体的尖端垂直地指向道路2a和2b的交叉点处车道面。在此，反射器棱锥体4如此取向，即其两个棱沿道路2a的延伸方向指向，而其(另外)两个棱沿道路2b的延伸方向指向。则由发射机S沿辐射方向R1发射的电磁辐射入射至反射器棱锥体4上并在那里以角度a沿道路2b的方向被反射。该被反射的无线电射束称为R2。该射束R2此时可容易地被汽车1b的接收机E接收。通过反射器棱锥体4使无线电射束R1被如此转向，即无线电射束R1作为无线电射束R2入射至接收机E，从而尽管缺乏直视通信，还是实现了汽车1a和1b之间的车对车通信。反射器装置尤其既不如此取向或设计，即该反射器装置沿入射方向把电磁波送回(如在顶积层中)，也不使电磁波在空间中均匀地分布/散布。
图3A至3C示出其它可能的道路情况和反射器装置的布置。在这些实施例中，反射器装置设计为反射器正六面体，其中该在图3A至3C中以俯视图示出的正六面体面不必一定由反射材料形成。然而，与其垂直的正六面体侧面还是由彼此焊接的金属片制成。在图3A中交叉路口3形成为两个道路2c和2d的T形交叉路口。发射机S和接收机E之间的直接的无线电通信被建筑物5阻碍。然而，T形交叉口处的反射器正六面体7如此取向，即根据几何光学系统的定律，由发射机S发射的无线电射束R1可以作为被反射的无线电射束R2到达接收机E。由此实现了车对车通信。
图3B示出道路2c和2d之间的转弯处8，其中建筑物5再次阻止了发射机S和接收机E之间的直接的无线电通信。现在，反射器正六面体7安装在转弯处8中位于两侧/侧面的建筑物5e处，并再次实现了入射的电磁辐射的90°的反射，即射束R1和R2彼此垂直。
在图3C示出的情况中，道路2c和2d在交叉路口3处不是直角相交，然而，通过合适地安装反射器正六面体7再次形成一种几何情形，这种情形允许由发射机S发射的电磁射束R1通过在反射器正六面体7处的反射作为射束R2到达接收机E。可以认识到，本发明尤其改进了在建筑物密集的区域中在交叉路口的范围内车对车通信。
图4示出反射器装置9的另一个可能的实施例，该反射器装置9包括四个凸出地弯曲的反射器元件10。如从图中能看出的，入射射束R1的反射不仅在水平方向上进行，而且也在竖直方向上进行。如果该反射器装置9和图1和2中的反射器棱锥体4完全一样安装在信号灯设备处，那么确保了，当汽车1b远离信号灯设备6时或距信号灯设备6极近时，汽车1b都能极好地接收电磁辐射R2。尤其当汽车1b已经几乎位于交叉路口3上的反射器装置9下方时，也确保了极好的接收。

Claims (7)

1.在车对车或车对基础设施通信系统中用于从发射机(S)至接收机(E)的、与直视通信无关的数据传输的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-通过所述发射机(S)发射将数据编码在其中的电磁辐射(R1)，所述发射机(S)存在于汽车(1a)或交通基础设施物体(6)中；
-提供反射器装置(4、7、9)，所述反射器装置(4、7、9)设计用于，至少部分地反射(R2)被发射的所述电磁辐射(R1)；
-布置所述反射器装置(4、7、9)，从而能由所述接收机(E)接收被发射的所述电磁辐射(R1、R2)；以及
-通过存在于汽车(1b)或交通基础设施物体(6)中的所述接收机(E)接收所述电磁辐射(R2)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反射器装置(4、7、9)布置在位于交通道路(2a、2b、2c、2d)两侧的建筑物(5、5a、5b、5c、5d、5e)处和/或光信号设备(6)处和/或交通道路(2c、2d)的转弯处(8)中和/或多个交通道路(2a、2b；2c、2d)的交叉口或结点(3)中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述反射器装置(4、7、9)如此布置在第一交通道路(2a；2c)和第二交通道路(2b；2d)的交叉口(3)处，即所述反射器装置(4、7、9)基本上沿所述第二交通道路(2b、2d)的方向(R2)反射基本上沿所述第一交通道路(2a、2c)的方向(R1)被发射的所述电磁辐射。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述电磁辐射(R1、R2、R3、R4)具有在4～7GHz，优选5.8～6GHz，尤其优选的5.85～5.925GHz范围内的频率。
5.在道路交通中用于从发射机(S)至接收机(E)的、与直视通信无关的数据传输的系统，所述系统具有：发射机(S)，所述发射机(S)设计成用于发射将数据编码在其中的电磁辐射(R1)且存在于汽车(1a)或交通基础设施物体(6)中；和接收机(E)，所述接收机(E)设计用于接收所述电磁辐射(R1、R2)且存在于汽车(1b)或交通基础设施物体(6)中，其特征在于，设有反射器装置(4、7、9)，所述反射器装置(4、7、9)设计用于至少部分地反射(R2)被发射的所述电磁辐射(R1)，且所述反射器装置(4、7、9)能如此布置，即所述接收机(E)能接收被发射的所述电磁辐射(R1、R2)。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述反射器装置(4、7、9)包括至少一个设计为平面的、由金属制成的反射器元件，尤其是金属片。
7.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于，所述反射器装置(4、7、9)包括至少三个反射器元件(10)，所述反射器元件(10)相对彼此如此布置，即所述反射器元件(10)形成棱锥体(4、9)或正六面体(7)的外侧。
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