CN106464430B - 估算数据包的接收概率和估算数据包的传输速率 - Google Patents

Abstract

为了估算数据包的接收概率，该数据包以无线方式从是交通基础设施对象或车辆(10)的发送者向接收者发送，执行以下的步骤：估算数据包的信号质量，基于估算的信号质量地估算数据包的接收概率。

Description

估算数据包的接收概率和估算数据包的传输速率

技术领域

本发明涉及用于估算数据包的接收概率的方法和设备，该数据包以无线方式由车辆向接收者（尤其是另外的车辆）发送。此外，本发明还涉及用于确定传输速率的方法和设备，数据包以该传输速率由车辆以无线方式向接收者发送。

背景技术

DE 102010056158 A1说明了用于设定车辆中的接收设备的接收参数的方法，该接收设备被设计用于接收数据包。

将来会有大量信息在车辆之间或车辆与基础设施对象之间交换，这也已知车辆间（Car2Car）通信或车辆交互（Car2X）通信。在此，每个车辆发出形式为数据包的信息，而不获得信息或数据包是否被接收者正确接收的反馈。为了在该前提下尽可能可靠地向接收者投递信息，根据现有技术的规定，每个车辆以根据相应的标准限定的最大的传输速率来工作。在此，传输速率理解为如下类型的重复率，以该重复率周期性地重复发送要传输的信息。然而，以最大传输速率的工作以不利的方式提高了数据包冲突的概率并且在一定程度上堵塞数据通道，这还降低了成功的信息传送的概率。

发明内容

因此，本发明的任务在于，以如下方式取决于接收概率（信息在接收者处以该接收概率被接收）地设定传输速率（以该传输速率由车辆向接收者发送信息），使得成功的信息传送的概率尽可能高或者保持预给定的阈值。

根据本发明，该任务通过根据下文所述的用于估算数据包的接收概率的方法、通过下文所述的用于确定传输速率的方法并且通过根据下文所述的设备来解决。

在本发明的范围内，提供了用于估算数据包的接收概率的方法，该数据包以无线方式或通过无线电从发送者，即，交通基础设施对象（像例如所谓的路侧单元）或车辆，向接收者（例如另外的车辆或另外的交通基础设施对象）传输。在此，根据本发明的方法包括以下步骤：

- 估算由接收者接收到的数据包的信号质量，

- 取决于估算的信号质量估算由接收者接收到的数据包的接收概率。

在本发明中，交通基础设施对象是静止的交通基础设施对象，例如信号灯装置或固定放置的交通指示牌，或者交通基础设施对象是移动的交通基础设施对象，例如工程车辆的拖车。

在此按照有利方式，实现估算由接收者接收到的一个或多个数据包的信号质量无需来自接收者的反馈，由此，取消了附加的（由于反馈的）数据传输负担。于是按照有利方式，通过估算接收概率可以以如下方式调整传输速率，使得成功的信息传送的概率达到或超过预给定的阈值。

根据本发明的方法尤其还包括以下其他步骤：

- 在车辆或交通基础设施对象本身中接收数据包，以便尤其确定该数据包的信号质量。

- 取决于由车辆或交通基础设施对象本身接收到的数据包，尤其是取决于在此测量到的信号质量地调整估算出的信号质量。

根据该实施方式，在由接收者不发送与由接收者接收到的数据包的信号质量有关的信息的前提下，确定在车辆或交通基础设施对象本身中接收的数据包的信号质量。于是，取决于该信号质量地调整针对接收者估算的信号质量，并且从该已调整的信号质量估算针对由接收者接收到的数据包来说的接收概率。换而言之，根据该实施方式在一定程度上以如下为前提，即，由接收者接收到的数据包的信号质量（和因此是接收概率）相应于由发送者（即，在车辆或交通基础设施对象中）接收到的数据包的信号质量（和因此是接收概率）或信号质量处于至少相似的情况。

在此，取决于一个或多个参数或因素地确定信号质量，一个或多个参数或因素可以从下面的组中选出：

- 车辆或交通基础设施对象的至少一个天线的天线增益。在此，在发送数据包时的天线增益与接收数据包时的天线增益之间可以有所区别。当车辆或交通基础设施对象在发送数据包时使用不同于接收数据包时的天线，可以取决于发送天线的信号增益和/或接收天线的信号增益确定信号质量。在这种情况下，天线增益可以相应于发送天线的天线增益和接收天线的天线增益之和。在此，通常适用的是：天线增益越高，信号质量越好。

- 车辆或交通基础设施对象的发送天线的发送功率。发送功率设定得越高，信号质量就越高。

- 车辆或交通基础设施对象与接收者之间的间距。间距越小，通常信号质量就越高或越好。

- 关于取决于发送者与接收者之间的间距的效应的系数或因数，该效应改变信号质量。

- 基于环境因数对数据包的信号功率的阻尼，所述环境因数取决于车辆或交通基础设施对象的当前环境。阻尼越高，信号质量就越低。

- 平均传输错误，其取决于车辆或交通基础设施对象的当前环境的。在此，平均传输错误理解为传输错误在时间上的平均值。该平均传输错误越高，信号质量就越低。

- 个别传输错误，其仅适用于在发送者与特定的接收者之间传输数据包。换而言之，对于车辆或交通基础设施对象的每个接收者分别存在个别传输错误。由于个别传输错误要考虑如下事实，即，接收者的天线增益、车身的效应和接收的车辆的车辆结构是未知的。尤其当事先由接收者发送的数据包被发送者接收时，于是加入个别传输错误。

为了确定发送者与接收者之间的间距，根据本发明存在以下三种可能方案：

- 在来自接收者的实现在发送者中接收到的数据包中，得到接收者的位置。通过获知接收者的位置，可以确定发送者与接收者之间的间距。

- 例如借助地图确定重要的位置（例如十字路口）。发送者与其中一个重要的位置之间的间距分别确定为发送者与接收者之间的位置。

- 取决于通过各个数据包要发送的信息（例如在施工现场前的警示）地，确定如下的最小间距，直至该最小间距应以预先确定的概率（例如99%）接收到数据包。改最小间距于是被作为发送者与接收者之间的间距。

信号质量（例如以dBm）仅可以在标准对数分布的前提下例如根据下面的等式（1）来确定：

在此，AG相应于车辆或交通基础设施对象的至少一个天线的天线增益（例如以dBm），TP相应于车辆或交通基础设施对象的发送天线的发送功率（例如以dBm），d相应于发送者与接收者之间的间距（例如以米），v相应于如下系数，以该系数来考虑取决于发送者与接收者之间的间距的改变信号质量的效应，w相应于数据包的信号功率基于环境因数的阻尼（例如以dBm），e_E相应于平均传输错误（例如以dBm），e_V相应于个别传输错误（例如以dBm）。

在此，发送功率TP和间距d可以取决于时间，从而在该情况下算出的信号质量SQ也取决于时间，从而信号质量可以在一定程度上实时地估算。

例如，在法兰克福的城区范围内，存在系数v为22.33和阻尼w为52.95dB的值，而在法兰克福的林区中，存在系数v为15.96和阻尼w为65.59dB的值。

由于接收者处的天线增益和发送功率是未知的，取而代之地使用车辆或交通基础设施对象的至少一个天线的天线增益和发送功率来估算信号质量。

关于使用上述的等式（1），一方面存在如下可能性，即，已知平均传输错误和个别传输错误，其方式是它们例如根据测量到的在车辆或交通基础设施对象中本身接收到的数据包的信号质量来确定。一方面存在如下可能性，即，未知平均传输错误和个别传输错误，从而无需这两种传输错误地确定信号质量SQ，例如在下面的等式（1a）中给出的：

对于数据包从发送者（尤其从车辆）经由中间部位或中间装置向接收者发送的情况，间距d可以通过在发送者与中间部位之间的间距a1和在中间部位与接收者之间的间距a2之积来确定，从而d=a1* a2。

如上文已经说明的那样，平均传输错误和/或个别传输错误可以根据数据包来确定，这些数据包在车辆或交通基础设施对象中本身接收到并且例如来自于另外的车辆或交通基础设施对象。为此，测量到或确定当前在车辆或交通基础设施对象的接收天线中在接收数据包时存在的接收功率。紧接着，平均传输错误和/或个别传输错误可以基于在如前述那样确定的信号质量与确定的接收功率之间的对比而确定或匹配。

根据按照本发明的优选的实施方式，确定发送者当前的位置。紧接着，针对系数v和/或针对阻尼w和/或针对平均传输错误e_E和/或针对个别传输错误e_V取决于位置地使用已知的值。这些值例如可以实现由车辆本身、由另外的车辆或以其他方式来确定。这些值可以存储在发送者本身中或者位于处于发送者外部的存储器中。在第二种情况下，这些值由发送者经由（通常无线的）通信来请求并且随后被用于估算尽可能精确的信号质量。

该实施方式实现的是，即使当车辆或交通基础设施对象仍未接收到数据包时，随后也根据等式（1）或等式（1a）确定信号质量。

为了根据本发明估算信号质量例如可以进行如下：

- 获知在其上应确定信号质量的位置。

- 获知在车辆或交通基础设施对象与位置之间的间距d。

- 只要车辆或交通基础设施对象已经接收到当前的环境中的且来自相应的接收者的数据包，借助该数据包可以确定平均传输错误和个别传输错误，就根据等式（1）获知信号质量。或者当平均传输错误和个别传输错误无法确定或是未知的时，根据等式（1a）获知信号质量。

通过前面介绍的过程，在一定程度上可以估算针对从车辆或交通基础设施对象向任意位置处的接收者传输数据包来说的信号质量。

从信号质量SQ出发，也可以根据评定模型，例如根据下面的等式（2）获知接收概率Pr。在此，评定模型或对数回归理解为对于离散变量分布的建模的回归分析。

（2）

在此，CL相应于车辆或交通基础设施对象的百分比的信道负载，并且变量a、b、c是常数，它们取决于车辆的当前环境。例如对于法兰克福适用的是：a = -18.4879、b = -0.20341和c = 5.94928。

百分比的信道负载可以通过被当作（占据）“忙碌（BUSY）”的空挡（Slot）或时间间隙与所有在预确定的时间间隔（例如前一个100ms）存在的空挡的关系来确定。在此，当空挡已经包括关于例如另外的数据包（例如另外的车辆或另外的交通基础设施对象）的信息，从而该空挡不可以被用于向接收者发送数据包时，该空挡被当作“忙碌”。

在本发明的范围内，也提供用于确定传输速率的方法，其中，传输速率给出如下速率，数据包以该速率从是车辆或交通基础设施对象（所谓的路侧单元）的发送者以无线方式向接收者发送。在此，根据本发明的用于确定传输速率的方法包括如下步骤：

- 估算数据包的信号质量，

- 基于估算的信号质量估算所述数据包的接收概率，

- 取决于预给定的额定接收概率和估算的接收概率确定传输速率，

其中，所述传输速率f以下面的等式来确定：

（3）

其中，f相应于每秒的传输速率，

其中，P_y相应于额定接收概率，并且

其中，P_r相应于估算的接收概率。

借助根据本发明的用于确定传输速率的方法，按照有利方式可以以如下方式设定传输速率，使得接收概率（数据包以该接收概率在接收者处被正确接收）相应于预给定的额定接收概率。

在此，以Hz为单位的传输速率f以下面的等式（3）来确定：

（3）

在此，P_y相应于额定接收概率而P_r相应于提前确定的接收概率。

提前确定的接收概率尤其根据前述的用于估算接收概率的方法来获知。

在本发明的范围内，也提供了用于车辆或交通基础设施对象（例如，所谓的路侧单元）的设备，该设备包括至少一个天线和控制部件。设备被设计成借助控制部件估算数据包的信号质量和基于估算的信号质量估算所述估算接收到的数据包的信号质量，该数据包以传输速率利用至少一个天线以无线方式从设备向接收者传输。所述设备被设计成取决于预给定的额定接收概率和估算出的接收概率确定所述传输速率，其中，所述控制部件被设计成以下面的等式来确定所述传输速率f：

（3）

其中，f相应于每秒的传输速率，

其中，P_y相应于额定接收概率，并且

其中，P_r相应于估算的接收概率。

根据本发明的设备的优点基本上相应于根据本发明的用于估算数据包的接收概率的方法的优点，该优点已详述从而再次不再重复。

根据本发明的设备尤其被设计用于执行根据本发明的用于估算数据包的接收概率的方法。

在本发明的范围内，也提供了另外的用于车辆或交通基础设施对象（例如，所谓的路侧单元）的设备，该设备包括至少一个天线和控制部件。另外的设备被设计成借助控制部件估算数据包的接收概率，该数据包以无线方式从另外的设备向接收者传输。控制部件被设计成取决于预先给定的额定接收频率和提前确定的接收概率确定传输速率，以该传输速率从另外的设备以无线方式向接收者发送数据包。

根据本发明的另外的设备的优点基本上相应于根据本发明的用于确定传输速率的方法的优点，该优点已详述从而再次不再重复。

根据本发明的另外的设备尤其被设计用于执行根据本发明的用于确定传输速率的方法。

最后，在本发明的范围内提供了车辆或交通基础设施对象（例如，所谓的路侧单元），其包括设备和/或另外的设备。

本发明可以实现确定和算出针对数据包的最优的传输速率，而为此无需数据包的接收者的反馈。由此，可以以如下方式设定用于向不同的车辆或交通基础设施对象发送数据包的传输速率，使得在接收者处的数据包的接收概率相应于相应的预给定，而无需不必要地发送过多的数据包，从而不出现数据堵塞。

本发明尤其适用于机动车，但也适用于交通基础设施对象（例如路侧单元），其向（另外的）车辆或交通基础设施对象传输形式为数据包的信息。显而易见地，本发明并不限于这些优选的应用领域，因为本发明也可以使用在船舶或飞机以及磁道引导或轨道引导的车辆中。此外，本发明也可以使用在移动设备（例如智能手机）中。

附图说明

下面结合根据本发明的优选实施方式参考附图详细描述了本发明。其中：

图1示意性地示出带有根据本发明的设备的根据本发明的车辆；

图2示出根据本发明的用于确定传输速率的方法的流程图。

具体实施方式

图1示意性地示出根据本发明的车辆10，其包括根据本发明的设备20。该设备20在它那方面包括天线1和控制部件2。天线1是利用其可以从设备20或车辆10发送和接收数据包的天线。借助控制部件2，设备20估算数据包的信号质量，该数据包以无线方式经由天线1传送并且由接收者（未示出）接收。控制部件2于是根据信号质量确定接收概率，数据包以该概率由接收者正确接收。取决于特定的接收概率和预给定的额定接收概率，控制部件于是可以确定传输速率，设备20以该传输速率向接收者传输数据包，以便使在接收者处该数据包的接收概率相应于预给定的额定接收概率。

图2示出根据本发明的用于确定传输速率的方法的流程图，以该传输速率由车辆向接收者发送数据包，以便在接收者处保持预给定的额定接收概率。

在步骤S1中，预给定额定接收概率。在步骤S2中，测量由车辆10接收到的数据包的信号质量。根据该测量到的信号质量，估算信号质量，由车辆10发送的数据包以该信号质量被接收者接收。在步骤S1中，取决于在步骤S2中估算的信号质量地估算接收概率，由车辆10发送的数据包以该接收概率被接收者正确地接收。最后在步骤S4中，由预给定的额定接收概率和在步骤S3中估算的接收概率确定传输速率。当数据包以这个被确定的传输速率从车辆10或设备20向接收者传输时，在接收者处数据包的接收概率应相应于额定接收概率。

恰恰在例如用于紧急制动辅助的安全相关的功能上，在车辆之间无错误地传输数据包有重要意义。当利用其在接收到的车辆上要导入紧急制动以避免碰撞的数据包没有及时或没有正确地被接收时，车辆间通信就不具有优点。本发明显著提高了在车辆之间无错误且及时传输数据包的概率，这恰恰对于安全相关的功能有重要意义。

附图标记列表

1 天线

2 控制部件

10 车辆

20 设备

S1至S4 方法步骤

Claims (5)

1.一种用于确定传输速率的方法，数据包以所述传输速率从发送者（10）以无线方式向接收者发送，

其中，所述发送者是交通基础设施对象或车辆（10），

其中，所述方法包括以下步骤：

估算数据包的信号质量，

基于估算的信号质量估算所述数据包的接收概率，以及

取决于预给定的额定接收概率和估算的接收概率确定所述传输速率，

其中，所述传输速率f以下面的等式来确定：

（3）

其中，f相应于每秒的传输速率，

其中，P_y相应于额定接收概率，并且

其中，P_r相应于估算的接收概率。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

所述方法还包括以下步骤：

通过所述发送者（10）接收数据包，以及

基于接收到的数据包调整信号质量的估算。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，

至少取决于从下面的组中选出的参数确定信号质量，所述组包括：

- 平均传输错误，所述平均传输错误取决于所述发送者（10）的当前环境，以及

- 个别传输错误，所述个别传输错误取决于在所述发送者（10）与接收者之间的传输。

4.用于交通基础设施对象或车辆（10）的设备，

其中，所述设备（20）包括至少一个天线（1）和控制部件（2），

其中，所述设备（20）被设计成借助所述控制部件（2）估算数据包的信号质量和基于估算的信号质量估算所述数据包的接收概率，所述数据包以传输速率借助所述至少一个天线（1）以无线方式从所述设备（20）向接收者发送，并且所述设备（20）被设计成取决于预给定的额定接收概率和估算的接收概率确定所述传输速率，其中，所述控制部件（2）被设计成以下面的等式来确定所述传输速率f：

（3）

其中，f相应于每秒的传输速率，

其中，P_y相应于额定接收概率，并且

其中，P_r相应于估算的接收概率。

5.根据权利要求4所述的设备，

其特征在于，

所述设备（10）被设计为用于执行根据权利要求1至3中任一项所述的方法。