CN111742565B - 用于在机动车之内传输外部接收的信号的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过车辆(2)的至少一个天线(8)在车辆(2)的设备(12)和车辆(2)之外的外部的装置(20)之间交换信号的系统(4)，其中，通过电磁波在至少一个外部的装置(20)和车辆(2)的至少一个天线(8)之间交换高频信号，其中，至少一个天线(8)通过至少一个第一路径与车辆(2)的导线(18)的第一端部相连接，并且设备(12)通过至少一个第二路径与车辆(2)的导线(18)的第二端部相连接，其中，系统(4)具有至少一个信号转换模块(10、62)，其沿着路径中的至少一个布置，其中，所述至少一个频率降低模块(10)构造成，在沿着导线(18)传输之前，将高频信号的频率的值调整到低的值上。

Description

用于在机动车之内传输外部接收的信号的系统

技术领域

本发明涉及一种第一系统，一种第二系统以及一种用于传输信号的方法。

背景技术

在两个装置，例如在两个车辆之间可通过电磁波通过无线电交换信号。在此，该信号通常具有限定的频率。一旦已经由装置中的一个，通常其天线接收了这种类型的信号，在装置之内继续处理该信号。

专利公开文献DE 10 2016 211 890 A1描述了一种用于车辆的天线，该天线构造成，传输并接收在用于第五代(5G)通讯的毫米带中的无线电波信号。

此外，参考专利公开文献US 2017/110790 A1和US 2017/149130 A1，在其中描述了相似的天线。

发明内容

在该背景下，本发明的目的是，匹配由天线通过无线电接收的信号以进行继续处理。

该目的通过具有独立权利要求所述的特征的第一系统、第二系统和方法实现。从从属权利要求中得到所述系统的和方法的实施方式。

根据本发明的第一系统构造成用于通过车辆的至少一个天线在车辆的设备和车辆之外的外部的装置之间交换信号，其中，通过电磁波在至少一个外部的装置和车辆的至少一个天线之间可交换或交换高频信号，也就是说具有高的第一值的频率且必要时是模拟的信号。至少一个天线通过至少一个第一路径与车辆的例如由金属制成的、导电的导线的第一端部相连接。设备通过至少一个第二路径与车辆的导线的第二端部相连接。系统具有至少一个构造成频率降低模块的信号转换模块，其沿着路径中的至少一个、也就是说尤其是沿着第一路径和/或沿着第二路径布置。至少一个频率降低模块构造成，在沿着导线传输之前，将相应的高频信号的频率的高的值调整到例如预设的减小的或低的第二值，并且相应地产生低频信号。

根据本发明的第二系统同样构造成用于通过车辆的至少一个天线在车辆的设备和车辆之外的外部的装置之间交换信号，其中，通过电磁波在至少一个外部的装置和车辆的至少一个天线之间可交换或交换高频信号，也就是说具有通常高的值的频率且是模拟的、确切地说具有模拟结构的信号。至少一个天线通过至少一个第一路径与车辆的例如由金属制成的、导电的导线的第一端部相连接。设备也通过至少一个第二路径与车辆的导线的第二端部相连接。系统具有至少一个构造成模拟数字转换器的信号转换模块，该信号转换模块沿着两个路径中的至少一个、也就是说尤其是沿着第一路径和/或沿着第二路径布置。至少一个模拟数字转换器作为结构转换模构造成，在沿着导线传输之前，将信号数字化，也就是说将其结构或形式从模拟的转换成数字的。

在两个系统中实现，至少一个天线和至少一个信号转换模块，也就是说频率降低模块或数字模拟转换器沿着至少一个第一路径布置，或者说布置在车辆的导线的第一端部上和/或公共的芯片和/或功能块、例如半导体元件中和/或上。

此外可行的是，系统具有至少一个构造成频率升高模块的信号转换模块、尤其是频率转换模块，和/或至少一个构造成数字模拟转换器的信号转换模块、尤其是结构转换模块，其沿着路径中的至少一个布置。第一系统的至少一个频率升高模块构造成，在沿着导线传输之后，将低频信号的频率的低的值再次调整到频率的原来的高的值上。备选地或补充地，第二系统的至少一个数字模拟转换器构造成，在沿着导线传输之后，使信号模拟化，也就是说将其结构或形式从数字的转换成模拟的。

两个所述系统的组合具有至少一个构造成频率升高模块的信号转换模块和至少一个构造成模拟数字转换器的信号转换模块，并且必要时也具有至少一个频率升高模块和至少一个数字模拟转换器。沿着两个所描述的路径中的至少一个布置所述信号转换模块中的至少一个。

根据本发明的方法构造和/或设置成用于利用所提出的系统中的至少一个的实施方式在车辆的至少一个设备和至少一个外部的装置之间交换信号。

在该方法中规定，通过电磁波在车辆的至少一个天线和外部的装置、例如该装置的天线之间交换高频信号，该高频信号具有高的值的频率并且例如也是模拟的。至少一个天线通过至少一个第一路径与车辆的导线的第一端部相连接，设备通过至少一个第二路径与车辆的导线的第二端部相连接。在该方法中，在沿着导线传输之前，利用至少一个沿着路径中的至少一个布置的、构造成频率降低模块的信号转换模块，将信号的频率的高的值调整到低的值。备选地或补充地，在该方法中，在沿着导线传输之前，利用沿着两个路线中的至少一个布置的、构造成模拟数字转换器的信号转换模块使模拟的且高频信号数字化。

高频信号的频率的高的值至少为5GHz，优选地至少为5.9GHz，尤其优选地至少为6GHz，更为优选地至少为26GHz，更加优选地至少为28GHz，或者至少为70GHz。

在方法中，将沿着导线传输的信号降频，确切地说调整到具有低的值的频率，和/或使其数字化，相反地，为了通过电磁波传输，将信号向高频调整，并且使其模拟化，确切地说调整成模拟的。

具有低的值的频率相应于频率的高的值的至少一个个位整数的部分，例如最大2GHz或者最大大于1GHz。

在通过由电磁波交换并且由此发送和/或接收信号在车辆的至少一个设备和车辆之外的至少一个装置之间通讯时，为按照用于移动网络的第五代标准5G的信号使用用于高频信号的第一高的频率，该高频信号具有≥5.9GHz、≥6GHz、≥26GHz、≥28GHz或≥70GHz的值。

可通过不同的移动无线标准，例如WLAN、pWLAN、LTE、蓝牙、BTLE、GSM、UMTS在至少一个天线和外部的装置之间传输高频信号，其中，为信号实现高的带宽。

在所提出的方法的范围中，在车辆的至少一个天线和车辆之外的、具有天线或构造成天线的至少一个外部的装置之间交换具有第一高的频率的信号。外部的装置例如是另一车辆，例如位置固定的基础设施装置，或者例如移动通讯设备，例如所谓的手机，智能电话，平板电脑或另一计算机。

由至少一个连接在至少一个天线之后的且构造成频率降低模块和/或模拟数字转换器的信号转换模块，通过减小频率，将由天线接收的高频的且通常模拟的信号从第一高的频率降低到第二低的频率和/或通过数字化使其数字化。

由此实现，通过如此修改的信号，在车辆之内通过例如构造成缆线的导线继续传输到至少一个设备时，降低线路损失以及进而降低缆线损失。如果这种类型的导线例如构造成约1.5米长的同轴缆线，由此可避免在上述用于例如6GHz的信号的第一高的频率的值时约为57％的导线损失。由此实现，减小作为导线损失的线路损耗或缆线损耗。现在，通过实施该方法，也可行的是，在至少一个天线和至少一个设备之间使用具有数米、例如6米长度的导线。

在方法的一种实施方式中，在车辆的至少一个例如构造成控制器的设备和至少一个外部的装置、例如另一车辆之间也交换具有或包含用于车辆的自动行驶的数据的信号。在此，在车辆的天线和装置之间直接交换数据。由此，例如两个车辆可通过其天线例如直接交换高频信号，为了通过导线传输给相应的车辆的设备，减小该高频信号的频率，和/或将其结构或形式数字化。

在该方法中，通过至少一个构造成频率降低模块的信号转换模块，在所谓的降频转换的范围中，将作为高频信号的有效频率的第一高的频率混合成较低的、确切地说更低的中间频率，例如具有低的第二值的频率。在此，此时产生的低频信号具有最大2GHz的频率的低的第二值。在此也可行的是，根据频率的带宽，将高频信号的频率从高的第一值开始多级地串联地混合并且进而降低到待实现的低的第二值，其中，可使用多个先后连接的频率降低模块。如果包括该收发器的芯片或电子功能块具有至少一个用于具有相应设置的频率的信号的到达的和/或离开的接口，直接在天线之后或者在收发器、也就是说发送器和接收器(作为至少一个信号转换模块)中，通过至少一个频率降低模块进行在此设置的频率减小或频率降低作为可能的频率转换。

备选地或补充地，通过作为信号转换模块的模拟数字转换器使作为模拟信号存在的、具有高的第一值的频率的高频信号数字化。

在两种情况中，得到用于至少一个天线和车辆的至少一个设备的其它汽车方面的应用或运用。由此例如可行的是，通过多路复用技术，通过仅仅一个导线交换待在至少一个天线和/或至少一个设备之间交换的信号，其中，可行的是，由多个这种类型的将至少一个天线和/或至少一个设备相连接的导线组成的网络具有星形的或环形的拓扑。由此实现，降低用于铺设导线的成本，确切地说用于布线的成本以及由此得到的用于连接在车辆中的至少一个天线和/或至少一个设备所用的设施的成本。

此外备选地或补充地可行的是，在有源天线的情况中，至少一个天线和至少一个信号转换模块，也就是说至少一个频率降低模块，至少一个频率升高模块，至少一个模拟数字转换器，至少一个数字模拟转换器和/或至少一个收发器直接在功能块的硅树脂中作为嵌入的天线集成在半导体基底或芯片中。然而，传统的集成的结构也是可行的，该结构具有至少一个天线，相位场(相位阵列)，操控网络或相位移器以及转换网络或预放大器作为所述至少一个可能的信号转换模块。

可理解的是，以上所述的和以下还将解释的特征不仅可以相应给出的组合使用，而且也可以其它组合或单独使用，只要不离开本发明的范围。

附图说明

根据实施方式在图中示意性示出本发明并且参考附图示意性地且详细描述本发明。

图1以示意图示出了在进行根据本发明的方法的第一实施方式时根据本发明的系统的第一实施方式，

图2以示意图示出了在进行根据本发明的方法的第二实施方式的变型方案时根据本发明的系统的第二实施方式的变型方案，

图3以示意图示出了在进行根据本发明的方法的第三实施方式时根据本发明的系统的第三实施方式。

具体实施方式

关联地且概括地描述附图。相同的附图标记分配给相同的组件。

图1以示意图示出了在此构造成机动车的车辆2，车辆具有根据本发明的系统4的第一实施方式。在此，车辆2具有通讯单元6，通讯单元具有天线8和连接在天线8之后的频率降低模块10作为第一频率转换模块并且作为第一信号转换模块，其中，天线8和频率降低模块10在此作为功能块集成到芯片中。此外，车辆2包括在此构造成控制器的设备12，设备12具有作为第二变频模块和信号转换模块的频率提高模块14和收发器16。在此规定，通讯单元6和设备12通过物理的、例如由铜或另一导电的材料制成的车辆2的导线18相互连接。在此，天线8通过第一路径与导线18的第一端部相连接，并且设备12通过第二路径与导线18的第二端部相连接。沿着相应的路径，分别沿着第一路径布置频率转换模块，也就是说频率降低模块10，并且沿着第二路径布置频率提高模块14。

在此规定，至少通讯单元6的组件和导线18也构造成系统4的第一实施方式的组件。此外，图1还示出了在车辆2之外的外部的装置20。

在根据本发明的方法的第一实施方式中，天线8和外部的装置20通过电磁波交换高频信号。在此，此时规定，高频信号具有模拟的结构，也就是说是模拟的，并且交换高频信号所用的频率具有在此例如相应于至少5.9GHz的高的第一值。如果由天线8接收具有用于频率的高的第一值的信号，在提供中间频率的情况下，由第一频率降低模块10、在此频率降低模块10的混合器22以及可变的频率振荡器24将其频率转换到低的第二值上并且由此减小其频率，其中，进行所谓的降频转换。此外，在此产生的、具有用于在此例如最大2GHz的频率的低的第二值的低频信号通过导线18传输给设备12，并且此外例如在所谓的升频转换的范围中，由设备12中的同样具有混合器26和频率振荡器28的频率提高模块14转换成更高的值，例如原来的高的第一值上，并且由此提高频率，其中，该高频信号在此还被传导到设备12的收发器16处并且继续处理。

相反地，如果在交换信号的范围中，原来高频信号从设备12开始通过导线18和天线8传输给外部的装置20，则对于该信号，由另一在此未示出的频率降低模块沿着第二路径将频率调整到低的第二值。此外，低频信号通过导线18传输给通讯单元6。此外，由另一在此未示出的频率升高模块沿着第一路径将低频信号的频率提高到高的第一值。此外，由天线8将高频信号发送给外部的装置20。

图2a和图2b分别以示意图示出了构造成机动车30的车辆，在图2a中，车辆具有根据本发明的系统32a的第二实施方式的第一变型方案，而在图2b中，车辆具有根据本发明的系统32b的第二实施方式的第二变型方案。在此，在两个变型方案中，车辆30包括具有天线36和至少一个信号转换模块38的通讯单元34a或34b，信号转换模块在此构造和/或被称为结构转换模块。在此，天线36和模拟数字转换器38集成到芯片中。此外，车辆30在两个变型方案中具有在此构造成控制器的设备40，在设备的输入端上布置另一信号转换模块，尤其是结构转换模块，其在此构造成数字模拟转换器42。此外，通讯单元34a或34b和设备40在此通过车辆30的物理的导线44相互连接。在此，天线36通过第一路径与导线44的第一端部相连接，并且设备40通过第二路径与导线44的第二端部相连接。沿着相应的路径，沿着第一路径分别布置结构转换模块，也就是说模拟数字转换器38，并且沿着第二路径布置数字模拟转换器40。

此外，两个图2a、2b示出了在车辆30之外的外部的装置20。在根据本发明的方法的第二实施方式的两个实施变型方案中规定，在车辆30的设备40和外部的装置20之间交换信号。在此，在天线36和外部的装置20之间分别通过电磁波交换模拟的高频信号，该高频信号具有高的第一值的频率。

在方法的第二实施方式的第一变型方案中，至少天线36和两个结构转换模块用作系统32a的实施方式的第一变型方案的组件。一旦天线36接收了具有高的第一值的频率的模拟的高频信号，由在此构造成模拟数字转换器38的第一结构转换模块将该高频信号从其模拟结构中数字化。此外，现在数字化的信号通过在此由铜或另一导电的材料制成的导线44传输给在此构造成数字模拟转换器42的第二结构转换模块，由结构转换模块将其模拟化，并且由此转换成模拟的结构，并且提供给设备40用于继续处理。

相反地，如果应从设备40向外部的装置20发送信号，由未示出的作为结构转换模块的模拟数字转换器将在此原来模拟的信号沿着第二路径转换成数字的信号，并且通过导线44沿着第一路径传输给作为结构转换模块的未示出的数字模拟转换器。此外，该被传输的数字信号由数字模拟转换器再次转换成模拟的信号，模拟的信号此外由天线36发送给装置20，并且由此传输。

在根据本发明的系统32b的第二实施方式的第二变型方案中规定，通讯单元34b的第二变型方案附加地具有信号转换模块，信号转换模块在此构造成频率降低模块10并且具有混合器22以及可变的频率振荡器24，并且同样如天线36和模拟数字转换器38那样集成在芯片中。在方法的第二实施方式的第二变型方案中，在此具有高的第一值的频率的模拟的高频信号从外部的装置20开始发送，并且由此传输给天线36。

现在，作为方法的第二实施方式的第一变型方案的附加，规定，由频率降低模块10在降频转换的范围中将由天线36接收的模拟的信号的频率降低到低的第二值，并且紧接着通过模拟数字转换器38使其数字化。该数字化的具有用于频率的低的第二值的低频信号此外通过导线44传输给在设备40的输入部和输出部上的数字模拟转换器42。在此相反地规定，将具有用于频率的低的第二值的数字的信号从设备40开始通过导线44首先传输给在通讯单元34b中的数字模拟转换器，并且由数字模拟转换器使其模拟化。此外，沿着第一路径，由未示出的频率提高模块将现在模拟的信号的频率提高到高的第一值，并且由天线36将在此产生的高频信号传输给外部的装置20。

图3以示意图示出了另一在此构造成机动车的车辆50，车辆具有根据本发明的系统52的第三实施方式。在此，车辆50具有通讯单元54，通讯单元在此具有三个形成天线阵列的天线56，连接在天线56之后的相位移器58，连接在相位移器58之后的组合器60，以及连接在组合器60以及天线56之后的作为信号转换模块的频率降低模块62。此外，通讯单元54具有连接在频率降低模块62之后的前端滤波器64或前部滤波器，连接在前端滤波器之后的收发器66以及连接在之后的接口68，在此用于以太网的数字接口。在此，此时通讯单元54的所有组件集成在一个芯片中和/或上。

此外，车辆50包括在此构造成控制器的设备70。在此，通讯单元54和设备70通过物理的导电的、由金属构成的车辆50的导线72相互连接。在此规定，至少通讯单元54的组件和导线72也构造成系统52的第三实施方式的组件。此外，图3还示出了在车辆50之外的外部的装置20。在此，天线56通过第一路径与导线72的第一端部相连接并且设备70通过第二路径与导线72的第二端部相连接。沿着第一路径布置频率降低模块62。

在根据本发明的方法的第三实施方式中，天线56和外部的装置20通过电磁波交换高频信号。在此，此时规定，信号具有模拟的结构或形式，并且相应地是模拟的，并且交换高频信号所用的频率具有在此例如相应于至少5.9GHz的高的第一值。如果由天线接收了具有用于频率的高的第一值的高频信号，首先由相位移器58使高频信号成束并且由组合器60将其组合，其中，在这种类型的处理之后，信号始终还具有高的第一值的频率。随后，由频率降低模块62、在此频率降低模块62的混合器74以及可变的频率振荡器76将信号的频率转换成用于频率的低的第二值、确切地说中间频率并且由此减小频率，其中，进行所谓的降频转换。随后，在此产生的、具有用于在此例如最大2GHz的频率的低的第二值的低频信号经过前端滤波器64和收发器64，并且随后到达接口68。从接口开始，具有用于频率的低的第二值的信号通过导线72传输给设备72并且由设备72处理和/或评估。

所有提出的系统4、32a、32b、52的实施方式共同的是，在车辆2、30、50相对于装置20运动时，在车辆2、30、50的至少一个天线8、36、56和同样可构造成车辆的、外部的装置20之间，通常利用该装置20的至少一个天线交换高频信号，其在此例如根据用于移动网络的第五代的标准5G构造。如果应从至少一个天线8、36、56开始通过导线18、44、72直接将高频信号传输给车辆2、30、50的设备12、40、70，存在的风险是，在传输该信号的传输期间，由于其用于数GHz的频率的高的值，沿着导线18、44、72可产生显著的线路损失，例如线路损耗。

通过设置用于这种类型的车辆2、30、50的根据本发明的系统4、42a、32b、52的相应的实施方式(该系统具有至少一个信号转换模块，也就是说至少一个频率降低模块10、62和/或模拟数字转换器38)，在方法的相应的实施方式中，将原来的高频信号转换成低频信号和/或使其数字化。在沿着导线18、44、72将这种类型的低频的和/或数字的信号传输给设备12、40、70时，减小了在其它情况中出现的线路损失。

附图标记清单

2车辆

4系统

6通讯单元

8天线

10频率降低模块

12设备

14频率升高模块

16收发器

18导线

20装置

22混合器

24频率振荡器

26混合器

28频率振荡器

30车辆

32a系统

32b系统

34a通讯单元

34b通讯单元

36天线

38模拟数字转换器

40设备

42数字模拟转换器

44导线

50车辆

52系统

54通讯单元

56天线

58相位移器

60组合器

62频率降低模块

64前端滤波器

66收发器

68接口

70设备

72导线

74混合器

76频率振荡器

Claims (3)

1.一种用于通过车辆(2、30、50)的至少一个天线(8、36、56)在车辆(2、30、50)的设备(12、40、70)和车辆(2、30、50)之外的外部的装置(20)之间交换信号的系统，其中，通过电磁波在至少一个外部的装置(20)和车辆(2、30、50)的至少一个天线(8、36、56)之间交换具有频率的高的值的高频信号，所述至少一个天线(8、36、56)通过至少一个第一路径与车辆(2、30、50)的导线(18、44、72)的第一端部相连接，以及设备(12、40、70)通过至少一个第二路径与车辆(2、30、50)的导线(18、44、72)的第二端部相连接，其中，系统(4、32a、32b、52)具有至少一个模拟数字转换器(38)，该至少一个模拟数字转换器沿着两个路径中的至少一个路径布置，其中，所述至少一个模拟数字转换器(38)构造成，在沿着导线(44)传输之前，将信号数字化，以及所述系统(4、32a、32b、52)具有至少一个数字模拟转换器(42)，该至少一个数字模拟转换器沿着所述路径中的至少一个路径布置，其中，该至少一个数字模拟转换器(42)构造成，在沿着导线(18、44、72)传输之后，使所述信号模拟化，其特征在于，所述系统(4、32a、32b、52)具有至少一个频率降低模块(10,62)，该至少一个频率降低模块沿着所述路径中的至少一个路径布置，其中，所述至少一个频率降低模块(10、62)构造成，在沿着导线(18、44、72)传输之前，将高频信号的频率的值调整到低的值上，其中，所述系统(4、32a、32b、52)具有沿着所述路径中的至少一个布置的至少一个频率升高模块(14)，其中，所述至少一个频率升高模块(14)构造成，在沿着导线(18、44、72)传输之后，将低频信号再次调整到频率的原始的高的值上，其中，所述至少一个天线(8、36、56)、所述至少一个频率降低模块(10、62)和所述至少一个模拟数字转换器(38)沿着所述至少一个第一路径布置在作为功能块的半导体元件上，并且所述至少一个频率升高模块(14)和所述至少一个数字模拟转换器(42)沿着所述至少一个第二路径布置在所述半导体元件上。

2.一种利用根据权利要求1所述的系统(4、32a、32b、52)在车辆(2、30、50)的至少一个设备(12、40、70)和至少一个外部的装置(20)之间交换信号的方法。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，高频信号的频率的高的值至少为5GHz。