CN112969932A

CN112969932A - 用于移动通信系统的设备及其运行方法

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Publication number: CN112969932A
Application number: CN201980075137.4A
Authority: CN
Inventors: M·杜恩根; J·范霍伊宁根-休恩
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2021-06-15
Also published as: WO2020099009A1; DE102018219501A1; EP3881089A1

Abstract

一种用来运行用于具有至少两个通信装置的移动通信系统的设备的方法，该方法具有如下步骤：确定至少一个通信装置的关联信息，其中这些关联信息表征如下要素中的至少一个要素：通信装置的位置、通信装置的取向、通信装置的运动、表征通信装置的周围环境中的至少一个对象的周围环境信息，其中该方法进一步具有如下步骤：根据这些关联信息，确定所述至少两个通信装置之间的距离和/或所述至少两个通信装置彼此间的相对速度。

Description

用于移动通信系统的设备及其运行方法

技术领域

本公开涉及一种用来运行用于具有至少两个通信装置的移动通信系统的设备的方法。

本公开还涉及一种用于具有至少两个通信装置的移动通信系统的设备。

背景技术

已知如下移动通信系统，在所述移动通信系统中，至少一个通信装置可移动地来构造。

在通信设备之间进行无线电通信时，传输信道的很多特性都取决于通信用户与周围环境之间的几何关系。这样，最小信号渡越时间主要取决于这些设备之间的距离。此外，这些设备之间的距离也部分地决定信号在传输期间经受的衰减。不过，信号衰减也被无线电环境的其它特性所决定，诸如被阻碍直接视线连接的障碍物或者由于周围环境的反射而引起的多径传播所决定。

如果两个无线电用户彼此间的相对速度Δν不消失，则所谓的多普勒效应引起所接收到的信号相对于最初发送的信号而言的频移Δf。在这种情况下，在接收方处可以使用载波同步，该载波同步首先确定这种频移并且在对无线电信号进行解调时相对应地考虑这种频移。在很多通信系统中，信道估计和频率估计分两个阶段进行。这样，在WLAN标准中，前同步码的一部分被设置用于粗略的功率和频率误差估计，而借助于该前同步码的第二部分来更精确地确定信道系数和频率误差。

很多通信系统都是针对特定的最大速度来设计。直至该最大速度，假定：通信设备的位置或速度变化得小得使得最后一次信道估计与当前有效的信道影响之间的差异保持在可容忍的极限以下。如果超过了最大速度，则最后一次信道估计与实际信道可能彼此偏差到不再能够实现成功的通信的程度。如果应该提高最大速度以支持位置或运动的更快变化，则可以以更短的时间间隔来执行对渡越时间和频移的估计。由此，通常会增加开销并且降低用户数据率。

发明内容

优选的实施方式涉及一种用来运行用于具有至少两个通信装置的移动通信系统的设备的方法，该方法具有如下步骤：确定至少一个通信装置的关联信息，其中这些关联信息表征如下要素中的至少一个要素：通信装置的位置、通信装置的取向（例如对应于空间中的方位）、通信装置的运动（例如对应于速度）、表征通信装置的周围环境中的至少一个对象的周围环境信息，其中该方法进一步具有如下步骤：根据这些关联信息，确定所述至少两个通信装置之间的距离和/或所述至少两个通信装置彼此间的相对速度。由此，这些关联信息可以有利地被用于在通信装置之间建立高效的通信，这减少或避免了现有技术的缺点。

在其它优选的实施方式中规定，该方法还具有如下步骤：确定能在所述至少两个通信装置之间传送的信号的信号渡越时间和/或频移。

在其它优选的实施方式中规定，该方法还具有：针对通信系统的至少一个组成部分提供如下要素中的至少一个要素：关联信息和/或从中得出的信息，尤其是所述至少两个通信装置之间的距离和/或所述至少两个通信装置彼此间的相对速度、能在所述至少两个通信装置之间传送的信号的信号渡越时间和/或频移。

其它优选的实施方式涉及一种用于具有至少两个通信装置的移动通信系统的设备，其中该设备被构造用于实施如下步骤：确定至少一个通信装置的关联信息，其中这些关联信息表征如下要素中的至少一个要素：通信装置的位置、通信装置的取向、通信装置的运动、表征通信装置的周围环境中的至少一个对象的周围环境信息，其中该方法进一步具有如下步骤：根据这些关联信息，确定所述至少两个通信装置之间的距离和/或所述至少两个通信装置彼此间的相对速度。

在其它优选的实施方式中规定：该设备被构造用于实施按照这些实施方式的方法。

其它优选的实施方式涉及一种用于移动通信系统的通信装置，该通信装置具有至少一个按照这些实施方式所述的设备。

其它优选的实施方式涉及一种移动通信系统，其具有至少两个通信装置和至少一个按照这些实施方式所述的设备。

在其它优选的实施方式中规定：所述至少两个通信装置中的至少一个通信装置具有至少一个按照这些实施方式所述的设备。

在其它优选的实施方式中规定，该移动通信系统被构造为：确定能在所述至少两个通信装置之间传送的信号的信号衰减和/或能在所述至少两个通信装置之间传送的信号的信号衰减的随时间的变化。

其它优选的实施方式涉及按照这些实施方式所述的方法和/或按照这些实施方式所述的设备和/或按照这些实施方式所述的通信装置和/或按照这些实施方式所述的移动通信系统在生产设施、尤其是工业生产设施中和/或在交通工具、尤其是陆地交通工具中的应用。

本发明的其它特征、应用可能性以及优点从对本发明的实施例的随后的描述中得到，所述实施例在附图的图中示出。在此，所有被描述或者被示出的特征本身或以任意的组合来形成本发明的主题，与它们在专利权利要求书中的合并或者它们的回引无关，以及与它们在说明书中或在附图中的表达或呈现无关。

附图说明

在附图中：

图1示意性地示出了按照优选的实施方式的移动通信系统的简化框图；

图2示意性地示出了按照优选的实施方式的方法的简化流程图；

图3示意性示出了按照优选的实施方式的设备的简化框图；以及

图4示意性地示出了按照其它优选的实施方式的方法的简化流程图。

具体实施方式

图1示意性地示出了按照优选的实施方式的移动通信系统1000的简化框图。移动通信系统1000具有多个、在当前情况下示例性地两个通信装置1010、1020，这些通信装置中的至少一个通信装置可移动地来构造，而且这些通信装置可以借助于无线电信号sig1、sig2来彼此建立数据连接。在当前情况下，在不限制一般性的情况下假定：两个移动装置1010、1020都可移动地来构造。此外，移动通信装置1000具有至少一个设备100，该设备的功能在下文予以描述。

图3示意性地示出了按照其它优选的实施方式的设备100a的简化框图。例如，图1中的设备100可具有在图3中描绘的配置100a。设备100a具有计算单元102（例如微处理器和/或微控制器和/或可编程逻辑模块、尤其是FPGA，和/或专用集成电路ASIC，和/或数字信号处理器DSP，和/或它们的组合）和存储单元104。存储单元104具有：易失性存储器104a、尤其是工作存储器（RAM）；和非易失性存储器104b、例如闪速EEPROM。在非易失性存储器104b中存储有至少一个用于计算单元102的计算机程序PRG，该计算机程序控制对下文参考按照图2的流程图所描述的方法的实施和/或设备100a的惯常的运行。

参见图2，设备100、100a被构造用于实施如下步骤：确定200通信系统1000的至少一个通信装置1010、1020的关联信息KI（图1），其中这些关联信息KI表征如下要素中的至少一个要素：通信装置1010、1020的位置S1、S2、通信装置1010、1020的取向（例如对应于空间中的方位）、通信装置1010、1020的运动（例如对应于速度）、表征通信装置1010、1020的周围环境U中的至少一个对象1100的周围环境信息UI，其中该方法进一步具有如下步骤：根据这些关联信息KI，确定202（图2）所述至少两个通信装置1010、1020之间的距离和/或所述至少两个通信装置1010、1020彼此间的相对速度。

在其它优选的实施方式中规定，该方法还具有如下可选步骤：确定204能在所述至少两个通信装置1010、1020之间传送的信号的信号渡越时间Δt和/或频移Δf。优选地，该确定204又可以根据关联信息KI或从中得出的数据来实现。

在其它优选的实施方式中规定，该方法还具有：针对通信系统1000的至少一个组成部分1010、1020、100提供如下要素中的至少一个要素：关联信息KI和/或从中得出的信息，尤其是所述至少两个通信装置之间的距离和/或所述至少两个通信装置彼此间的相对速度、能在所述至少两个通信装置之间传送的信号的信号渡越时间和/或频移。可选的提供例如可以在步骤202之后进行，参见步骤206；和/或可以在步骤204之后进行，参见步骤208。

其它优选的实施方式涉及一种用于移动通信系统1000（图1）的通信装置1010、1020，该通信装置具有至少一个按照这些实施方式所述的设备100、100a。换言之，在其它优选的实施方式中，设备100、100a或其功能性也可以集成到通信装置1010、1020中。

其它优选的实施方式涉及一种移动通信系统1000，其具有至少两个通信装置1010、1020和至少一个按照这些实施方式所述的设备100、100a。

在其它优选的实施方式中规定，该移动通信系统1000（图1）被构造为：确定能在所述至少两个通信装置1010、1020之间传送的信号sig1、sig2的信号衰减Δa和/或能在所述至少两个通信装置1010、1020之间传送的信号sig1、sig2的信号衰减Δa的随时间的变化。

其它优选的实施方式涉及按照这些实施方式所述的方法和/或按照这些实施方式所述的设备100、100a和/或按照这些实施方式所述的通信装置1010、1020和/或按照这些实施方式所述的移动通信系统1000在生产设施、尤其是工业生产设施中和/或在交通工具、尤其是陆地交通工具中的应用。

图4示意性地示出了按照其它优选的实施方式的方法的简化流程图。在步骤210中，确定或收集关联信息KI（图1）、优选地通信系统1000的多个通信装置1010、1020的关联信息，类似于按照图2的步骤200。在步骤212（图4）中，根据这些关联信息KI，确定所述至少两个通信装置1010、1020之间的距离和/或所述至少两个通信装置1010、1020彼此间的相对速度，类似于按照图2的步骤202。在步骤214（图4）中，确定能在所述至少两个通信装置1010、1020之间传送的信号的信号渡越时间Δt和/或频移Δf（例如多普勒频移），类似于按照图2的步骤204。可选地，在图4的步骤216中，可以确定能在所述至少两个通信装置1010、1020之间传送的信号sig1、sig2的衰减、尤其是信号衰减Δa和/或信号sig1、sig2的信号衰减Δa的随时间的变化。在步骤218中，借助于步骤210、212、214、216获得的或在其中所确定的信息被组合在一起并且可选地例如经受合理性检查。有利地，在步骤218中组合在一起并且必要时经合理性检查的信息可以在步骤220中被用于补偿可能的信号干扰或总体上被用于改善在各个通信装置1010、1020中对信号sig1、sig2的接收。例如，上文参考图4所描述的步骤210、212、214、216、218、220中的一些或所有步骤可以借助于设备100、100a来实施，其中进一步优选的是，设备100、100a或与设备100、100a相对应的功能性集成到通信装置1010、1020中的至少一个通信装置中。

在其它优选的实施方式中，可选地，还可以实施步骤222和/或224，其中步骤222考虑信号sig1、sig2的信号特性（例如频率或频率位置或带宽，必要时关于多径传播的当前信息和/或无线电信道的信道特性），而且其中步骤224（例如在使用常规方法的情况下、即例如不根据关联信息KI）确定衰减和/或信号渡越时间和/或频率偏移。在其它优选的实施方式中，也可以将步骤222和/或224的结果一并纳入按照步骤218和/或步骤220的处理。

在下文描述了其它优选的实施方式，这些实施方式能单独地或者彼此相结合地与上文描述的实施方式中的一个或多个实施方式组合。

根据申请人的研究，例如通过确定并补偿信号渡越时间Δt和/或频移Δf和/或信号衰减Δa可以改善在装置1010、1020（图1）之间的无线电通信（经由无线电信道的数据通信或传输）或使其更可靠，这通过应用按照这些实施方式所述的原理来高效地实现。

按照这些实施方式所述的原理能够有利地充分利用以下事实：在有些实施方式中，至少在应用层面或多或少精确知道移动通信装置1010、1020（“移动设备”）的位置和速度以及运动方向。在其它优选的实施方式中、尤其是在装置1010、1020之间的直接视线连接的情况下，根据这些几何值可以计算信号渡越时间Δt和频移Δf，并且例如在通信层中得以应用。

在其它优选的实施方式中，在间接传播行为的情况下，尤其是在知道周围环境U的几何关系的情况下可以估计渡越时间Δt和/或频移Δf。

在其它优选的实施方式中，装置1010、1020可具有方位和/或加速度传感器以及必要时具有另外的定位传感器，以便确定这些装置的位置S1、S2和/或运动V1、V2。

在其它优选的实施方式中，如果例如依据所规定的程序知道装置1010、1020的运动，则即使在没有（自己的）传感装置的情况下也可以知道位置和当前运动。如果无线通信装置1010、1020例如处在机器人臂的末端，则例如机器人程序的控制单元知道该机器人臂在空间中的位置、通信装置1010、1020的当前取向和该通信装置在每个时间点的运动。如果这些信息按照其它优选的实施方式在机器人控制器与通信装置1010、1020之间被交换，则可以进一步改善对信号渡越时间和频移的确定。

在其它优选的实施方式中，也可能存在关于第三对象1100的关联信息KI（图1），这些第三对象可以通过它们的存在和/或运动来影响通信系统1000中的通信，因为这些第三对象例如可能运动到发送方1010与接收方1020之间的视线内并且尤其可能导致信号衰减增加。如果这些关联信息KI按照其它优选的实施方式相对应地被分析，则例如可以更精确地并且同时更早地、在某些情况下部分提前地估计重要的通信参数。

随后，基于图1来描述按照其它优选的实施方式的运行场景。进一步假定：两个通信装置1010、1020都是可移动的，这两个通信装置尤其可以彼此独立地运动。在不限制一般性的情况下，对于随后的示例性阐述来说假定：通信装置1010——例如就信号sig1而言——代表发送方，而且通信装置1020就信号sig1而言代表接收方。在其它优选的实施方式中，通信装置1010、1020通常分别具有发送-接收器（收发器）并且因此可以选择性地发送和/或接收信号。

“发送方”1010处在位置S1（例如通过矢量型参量、例如三维向量或三分量向量来表示）并且以速度V1来运动（例如同样通过矢量型参量、例如三维向量或三分量向量来表示）。“接收方”1020处在位置S2并且以速度V2来运动。也可能从其它对象1100知道当前位置和速度。在图1中，假设在位置S3处具有速度V3的附加对象1100。如果发送方1010在时间点t1以载波频率f1来发出信号，则该信号在时间点t2 = t1 + Δt并且以载波频率f2 = f1 +Δf和信号衰减Δa到达接收方1020。对于可靠的数据接收来说有用的是：时间偏移（Δt）和频率偏移（Δf）以及衰减Δa和必要时被用于信号sig1的无线电信道的其它失真要么在传输之前由发送方1010来补偿要么在接收之后由接收方1020来补偿。为了该补偿，在其它优选的实施方式中可以首先对这些值进行估计或确定。在其它实施方式中，该确定例如通过必要时在知道发送信号（或者发送信号的部分）的情况下分析所接收到的信号来实现。

基于按照这些实施方式所述的原理，有利地，例如表征发送方1010、接收方1020和周围环境U、1100的几何关系的关联信息KI（图1）被确定或收集并且按照其它优选的实施方式被换算成特定于通信的参数。

按照其它有利的实施方式的可能的流程如下：

1.确定或收集关于通信装置1010、1020的当前位置S1、S2、取向和运动V1、V2（速度）以及必要时在无线电环境U中的重要对象1100的关联信息KI，例如也参见图2中的步骤200。这些关联信息KI例如可以用传感器来测量，或者例如当通过程序来规定运动时可以从已知的运动曲线中提取。

2.首先，根据所估计的位置和运动来确定通信装置1010、1020的距离和相对速度。然后，根据这些值来确定信号渡越时间和频移：

（时间偏移），

（频率偏移），

其中c是信号sig1、sig2的传播速度（例如在通信装置1010、1020周围的介质、例如空气中的光速），其中

是表征位置S1、S2的矢量型参量，其中

是表征速度V1、V2的矢量型参量。

3.时间偏移或频率偏移的值被提供给系统1000或其组成部分1010、1020、100，并且有利地用作用于确定实际信号渡越时间和频率校正的良好依据。

4.在其它优选的实施方式中，根据无线电用户1010、1020彼此间的取向，可以与无线电用户1010、1020的相应的天线系统的已知天线特性一起来估计信号衰减的随时间的变化。此外，在其它优选的实施方式中，如果有其它对象1100例如处在发送方1010与接收方1020之间的直接信号路径中，则在估计信号衰减时可以考虑所述其它对象的位置S3。

5.在其它优选的实施方式中，基于通过关联信息的第一次估计（参见上文的2、3点），可以依据接收信号sig1的信号特性来执行对信号渡越时间和/或频率偏差和/或信号衰减的进一步估计，这例如是分两个阶段的信道和频率估计的第二部分。

6.将通过关联信息KI所确定的信号渡越时间、频率偏差和衰减的值与例如装置1020的通信层根据接收信号sig1的特性所估计出的值组合在一起。在此，可选地，也可以进行合理性检查。

7.所估计的值被应用于接收方1020中，以便补偿信号渡越时间、信号衰减和频率偏差并且确保对数据信号sig1的成功恢复。

除了发送方1010和接收方1020的实际距离和相对速度之外，还有其它效应可能导致时间和/或频率差。可能的原因在于在发送方1010和接收方1020处的时钟和载波的小的频率偏差以及在无线电环境U中的例如运动的对象1100处的多径传播和反射。因而，在其它优选的实施方式中提出：尽管关联信息KI（图1）可用，仍例如依据实际接收到的信号sig1的信号特性来执行对时间和频率校正的精调。但是，附加偏差大多非常小，使得关联信息KI和例如按照图2的方法提供非常好的第一次估计，使得可选的、必要时紧接着的精调可以被简化。由于用于该精调的时间间隔可以被选择得相当小，可能的误差同样小。因而，在应用按照这些实施方式所述的原理的情况下，可以有利地省去基于自己的训练子序列（诸如在WLAN的情况下）的粗略的信道和频率估计。这不仅减少了开销而且减少了处理时间。

有利地，按照这些实施方式所述的原理尤其可以被用在如下任何情况，在这些情况下，多个通信装置1010、1020之间的通信受到运动或不断的位置变化影响并且存在或能确定例如关于当前的以及必要时将来的运动状态的关联信息KI。可能的特别优选的应用领域主要是工业生产设施，在这些工业生产设施中，一方面将来越来越多地使用无线通信技术，而另一方面控制器在任何时间点都知道或能简单地确定所有组成部分1010、1020、1100的当前的运动状态（因为通常是确定性的）。

其它应用领域主要是在交通、尤其是陆地交通工具领域，例如在高度网络化的交通中，其中越来越多地使用交通工具与基础设施装置之间的无线通信并且同时这些交通工具通过内部传感装置（车速表、转向位置、指南针、测距仪等等）知道或能确定当前的速度、行驶方向等等。

Claims

1.一种用来运行用于具有至少两个通信装置（1010、1020）的移动通信系统（1000）的设备（100；100a）的方法，所述方法具有如下步骤：确定（200）至少一个通信装置（1010、1020）的关联信息（KI），其中所述关联信息（KI）表征如下要素中的至少一个要素：所述通信装置（1010、1020）的位置（S1、S2）、所述通信装置（1010、1020）的取向、所述通信装置（1010、1020）的运动、表征所述通信装置（1010）的周围环境（U）中的至少一个对象（1100）的周围环境信息，其中所述方法进一步具有如下步骤：根据所述关联信息（KI），确定（202）所述至少两个通信装置（1010、1020）之间的距离和/或所述至少两个通信装置（1010、1020）彼此间的相对速度。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步具有：确定（204）能在所述至少两个通信装置（1010、1020）之间传送的信号的信号渡越时间和/或频移。

3.根据上述权利要求中至少任一项所述的方法，所述方法进一步具有：针对所述通信系统（1000）的至少一个组成部分提供（206、208）如下要素中的至少一个要素：所述关联信息（KI）和/或从中得出的信息，尤其是所述至少两个通信装置（1010、1020）之间的距离和/或所述至少两个通信装置（1010、1020）彼此间的相对速度、能在所述至少两个通信装置（1010、1020）之间传送的信号的信号渡越时间和/或频移。

4.一种用于具有至少两个通信装置（1010、1020）的移动通信系统（1000）的设备（100；100a），其中所述设备（100；100a）被构造用于实施如下步骤：确定（200）至少一个通信装置（1010、1020）的关联信息（KI），其中所述关联信息（KI）表征如下要素中的至少一个要素：所述通信装置（1010、1020）的位置、所述通信装置（1010、1020）的取向、所述通信装置（1010、1020）的运动、表征所述通信装置（1010）的周围环境中的至少一个对象（1100）的周围环境信息，其中所述方法进一步具有如下步骤：根据所述关联信息（KI），确定（202）所述至少两个通信装置（1010、1020）之间的距离和/或所述至少两个通信装置（1010、1020）彼此间的相对速度。

5.根据权利要求4所述的设备（100；100a），其中所述设备（100；100a）构造用于实施根据权利要求2至3中的至少一项所述的方法。

6.一种用于移动通信系统（1000）的通信装置（1010、1020），所述通信装置具有至少一个根据权利要求4至5中至少任一项所述的设备（100；100a）。

7.一种移动通信系统（1000），其具有至少两个通信装置（1010、1020）和至少一个根据权利要求4至5中至少任一项所述的设备（100；100a）。

8.根据权利要求7所述的移动通信系统（1000），其中所述至少两个通信装置（1010、1020）中的至少一个通信装置具有至少一个根据权利要求4至5中至少任一项所述的设备（100；100a）。

9.根据权利要求7至8中至少任一项所述的移动通信系统（1000），其中所述移动通信系统（1000）被构造为：确定能在所述至少两个通信装置（1010、1020）之间传送的信号的信号衰减和/或能在所述至少两个通信装置（1010、1020）之间传送的信号的信号衰减的随时间的变化。

10.根据权利要求1至3中至少任一项所述的方法和/或根据权利要求4至5中至少任一项所述的设备（100；100a）和/或根据权利要求6所述的通信装置（1010、1020）和/或根据权利要求7至9中至少任一项所述的移动通信系统（1000）在生产设施、尤其是工业生产设施中和/或在交通工具、尤其是陆地交通工具中的应用。