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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kommunikationssystems vorzugweise eines Kraftfahrzeugs in der drahtlosen Fahrzeug-zu-Umgebung-Kommunikation (C2X-Kommunikation), die als Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation (C2I) oder Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation (C2C) stattfinden kann. Bei dieser Kommunikation werden unterschiedliche Informationen entsprechend ihrem Inhalt als Signale auf verschiedenen Funkkanälen übertragen. Hierzu wird in Europa und den USA insbesondere die Drahtloskommunikation in der Spezifizierung IEEE 802.11p entsprechend einem Standard für die Kommunikation intelligenter Transportsysteme (ITS) verwendet. Die Kommunikation findet in Europa in einem Frequenzbereich von 5,850 bis 5,925 GHz statt, in dem ein Kontrollkanal (Control Channel CCH) und mindestens zwei Servicekanäle (Service Channel SCH) realisiert sind. Der Kontrollkanal wird für die Broadcast-Kommunikation genutzt, bei der eine Information an mehrere oder alle Teilnehmer in dem Kommunikationsnetz übertragen werden soll. Dieser Kanal ist für kurze, sicherheitskritische Informationen mit nur geringen Latenzen und für das Kommunikationsmanagement reserviert. Die Servicekanäle dienen der Übermittlung zusätzlicher, nicht sicherheitskritischer Daten, beispielsweise für anwendungsspezifische Informationen, Straßengeometrie, etc.
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Das für diese Kommunikation erfindungsgemäß genutzte Kommunikationssystem weist mehrere, wenigstens zwei, Empfangspfade mit jeweils wenigstens einer eigenständigen Antenne und einem zugeordneten eigenständigen Empfänger zum Empfang der übertragenen Signale auf. Ein Empfangspfad ist üblicher Weise für den Kontrollkanal reserviert. Weitere Empfangspfade dienen dem Empfangen (und Senden) auf einem oder gegebenenfalls auch mehreren Servicekanälen. Ein Empfangspfad kann dabei vorzugsweise zu einer bestimmten Zeit genau auf einem Funkkanal senden oder empfangen. Durch die feste Zuordnung eines Empfangskanals zu dem Kontrollkanal wird erreicht, dass der wichtige Kontrollkanal immer kommunikationsbereit ist. Ebenso betrifft die Erfindung ein entsprechend eingerichtetes Kommunikationssystem.
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Im Rahmen der C2X-Kommunikation werden Daten zwischen dem Fahrzeug und Objekten in seiner Umgebung ausgetauscht. Bei den Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs kann es sich um andere am Verkehr teilnehmende oder ruhende Fahrzeuge (On Board Units – OBU), fest installierte Sendeinheiten am Straßenrand (Road Side Units – RSU) oder auch mit entsprechenden Sendern und/oder Empfängern ausgestatte Fußgänger handeln. Die ausgetauschten Daten erfüllen verschiedene Funktionen, beispielsweise eine Schutz-, Warn- und/oder Informationsfunktion, und können entsprechend auch durch Fahrerassistenzsystem verwendet werden.
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Wie bereits erwähnt werden die Daten in Abhängigkeit von ihrer Funktion auf verschiedenen Funkkanälen ausgetauscht. Die explizite Art und Beschaffenheit der Informationen sowie die Anforderungen an Sender und Empfänger werden dabei durch einen Industriestandard festgelegt und sind nicht Gegenstand dieser Erfindung.
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Ein allgemeines Problem in der mobilen Kommunikation wird durch die ständige Positionsveränderung zumindest eines Großteils der Kommunikationspartner hervorgerufen. Besonders ausgeprägt ist dieses Problem bei mobilen Geräten, die sich mit schneller Geschwindigkeit (relativ zueinander) bewegen, wie den in Kraftfahrzeugen montierten OBUs. Durch die Bewegung verändert sich die Umgebung des mobilen Gerätes ständig. Damit einhergehend sind auch die Ausbreitungswege der ausgesandten Informationen einem ständigen Wechsel ausgesetzt. Durch die Beschaffenheit der Umgebung kann es aufgrund von Reflexionen zu einer Mehrwegeausbreitung der ausgesendeten Informationen kommen. Besonders ausgeprägt ist dies beispielsweise im städtischen Verkehr, bei der die elektromagnetischen Funkwellen an Häuserfronten reflektiert werden.
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In gewissen räumlichen Konstellationen kann es zu Interferenzerscheinungen kommen. Dabei wird die elektromagnetische Welle mit der darauf aufgeprägten Information teilweise oder vollständig durch destruktive Interferenz ausgelöscht. Dies führt zu Störungen in der Informationsübermittelung und kann die Qualität der Übermittelung deutlich beeinträchtigen. Im Extremfall können diese Störungen zu einem vollständigen Informationsverlust führen, der dann als Funkloch bezeichnet wird. Solche „Funklöcher” treten in der Praxis regelmäßig auf, wobei die Häufigkeit von der Geschwindigkeit und der Umgebung des mobilen Endgerätes abhängt.
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Zur Umgehung dieses Problems ist es grundsätzlich bekannt, die Informationen eines Funkkanals über mehrere Empfangspfade zu empfangen, wobei diese jeweils eine eigenständige Antenne aufweisen. Dadurch werden mehrere Versionen eines Signals empfangen, die zu einer Qualitätsverbesserung der empfangenen Informationen herangezogen werden. In einem solchen Fall wird davon gesprochen, dass eine Antenne Diversität aufweist. Bekannt ist diese Technik auch unter dem englischen Begriff „diversity”.
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Hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass sich nicht beide Antennen gleichzeitig in einem „Funkloch” befinden und zumindest ein Empfangspfad empfangen werden kann.
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Eine Möglichkeit die Empfangsqualität durch diese zusätzliche Information zu verbessern, besteht also darin, den Empfangspfad zum Empfang der Informationen auszuwählen, der eine bessere Qualität aufweist und den anderen unberücksichtigt zu lassen. Nachteilig wirkt sich dabei aus, dass sich die Kosten und der Energieverbrauch aufgrund der erhöhten Anzahl an Empfangspfaden deutlich erhöhen.
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Die
US 2010/0173600 A1 offenbart einen Empfänger mit Diversität und ein Verfahren zum Umschalten des Empfängers. Jeder Empfangspfad weist eine eigenständige Antenne und einen eigenständigen Empfangsdecoder auf, wobei zwischen verschiedenen Empfangsmodi gewählt werden kann: Bei einem Einzelkanal-Empfang wird durch eine Steuerung fest ein bestimmter Kanal ausgewählt. In dem Modus zum Diversitäts-Empfang werden die Signale beider Empfangspfade kombiniert.
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In einem automatischen Empfangsmodus entscheidet das Gerät anhand ausgewählter Empfangscharakteristika zwischen den beiden ersterwähnten Empfangsmodi. Dadurch kann der Nutzer selbst bestimmen, ob und wann er eine möglichst verlässliche Empfangsqualität wünscht. Durch die temporäre Deaktivierung eines der beiden Empfangspfade kann der Energieverbrauch reduziert werden.
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Die
US 2009/0097599 A1 stellt ein Verfahren zum Betreiben eines Digital Video Broadcasting Handheld (DVB-H) Empfängers vor, das mit einem geringen Energieverbrauch auskommt. Der Empfänger entscheidet in Abhängigkeit von vorherbestimmten Leistungskriterien selbständig, wann ein Diversitäts-Empfang vorteilhaft beziehungsweise notwendig ist. Die Leistungskriterien sind dabei Kennzahlen, die die Übertragungsqualität der Informationen abbilden, wie beispielsweise das Signal-zu-Rausch-Verhältnis, die Bitfehlerrate oder die Paketfehlerrate.
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Die
DE 600 28 444 T2 beschreibt ein Verfahren zum Empfangen von Sendesignalen, bei dem zumindest zwei der nachfolgenden Diversitätstypen verwendet werden: Antennenverteilungs-Diversität, Antennenpolarisations-Diversität, Antennendiagramm-Diversität und Frequenz-Diversität. In Abhängigkeit von der Qualität der Empfangssignale wird von einem zu dem anderen Diversitätstyp umgeschaltet, so dass der Empfänger beispielsweise von der Frequenz- auf die Antennenverteilungs-Diversität umschaltet. Dies bedingt aber einen erhöhten Energieverbauch und auch deutlich höhere Kosten im Gegensatz zu einem System mit nur einem Diversitätstyp.
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In der
US 6,678,508 B1 wird ein mobiles Kommunikationsgerät beschrieben, das zwei getrennte Empfänger aufweist. Empfängt das Kommunikationsgerät über einen Empfänger mit ausreichender Qualität, so wird der andere Empfänger in einen Schlafmodus versetzt. Ist die Empfangsqualität des ersten Empfängers nicht mehr ausreichend, so wird das Signal über den zweiten Empfänger empfangen. Sollte die Empfangsqualität der Signale von keinem der Empfänger ausreichen, so werden die von den beiden Empfängern gleichzeitig empfangenen Signale genutzt, um daraus ein einzelnes zu konstruieren.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei einem Kommunikationssystem in der C2X-Kommunikation mit niedrigen zusätzlichen Kosten und geringem zusätzlichen Energieverbrauch einen besseren Empfang zumindest für einen Funkkanal zu erreichen.
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In der
US 2010/0225414 A1 wird ein Frontend zum Ankoppeln von einem Mehrkanal-Zeitbereich Duplex HF-Sender/Empfängereinheit für eine Vielzahl von Antennen offenbart, die über einen Vielfachschalter an die entsprechenden Antennen aufgeschaltet werden können.
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Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 und mit einem zur Durchführung dieses Verfahrens entsprechend eingerichteten Kommunikationssystem nach Anspruch 10 erreicht.
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Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das Kommunikationssystem bei Erfüllen eines Umschaltkriteriums zwischen zwei Betriebsmodi umgeschaltet wird, wobei die wenigstens zwei Empfangspfade in dem ersten Betriebsmodus Signale auf einem unterschiedlichen Funkkanal empfangen und in dem zweiten Betriebsmodus Signale auf demselben Funkkanal empfangen. Erfindungsgemäß kann ein Funkkanal bei Bedarf, d. h. wenn vorausgewählte Umschaltkriterien erfüllt sind, mit Diversität ausgestattet werden. Dies geschieht vorzugsweise dann, wenn der Empfang dieses einen Funkkanals besonders wichtig ist. Die erhöhte Anzahl von Empfangspfaden für diesen wichtigen Funkkanal geht zulasten eines anderen Funkkanals, dessen Empfang zu diesem Zeitpunkt jedoch untergeordnet ist.
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Besteht hingegen kein solcher Bedarf, so kann das Empfangsgerät durch parallele Verwendung der zwei Empfangspfade auf zwei verschiedenen Funkkanälen unterschiedliche Informationen empfangen. Diese Lösung erfüllt auch Anforderungen, die im Rahmen des ITS-Standards an ein Kommunikationssystem gestellt werden, und ermöglicht den Empfang von Signalen mit Diversität, ohne dabei Kosten und Energieverbrauch eines Kommunikationssystems nach dem ITS-Standard wesentlich zu erhöhen, da die Antennen-Diversität bei Bedarf dadurch erreicht wird, dass ein sonst anderweitig genutzter Empfangspfad zur Erhöhung der Empfangswahrscheinlichkeit zeitweilig für einen Funkkanal mit verwendet wird. Bestehende Ressourcen, die in einem ITSKommunikationssystem vorhanden sind, werden somit effektiv genutzt.
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In einer bevorzugten Anwendung wird der Kontrollkanal bei Bedarf erfindungsgemäß mit Antennen-Diversität ausgestattet. Das dadurch auftretende, temporäre Aussetzen des Empfangs auf dem/einem Servicekanal bringt keine wesentlichen Nachteile, da auf dem Servicekanal keine sicherheitsrelevanten Informationen übertragen werden und diese auch zeitlich verschoben empfangen werden können.
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Die Erfindung ist nicht auf den Fall beschränkt, dass genau zwei Empfangspfade in dem Kommunikationssystem vorgesehen sind und zweitweise für einen Funkkanal und zweitweise für zwei verschiedene Funkkanäle, d. h. für eine Antennen-Diversität, genutzt werden. Es können erfindungsgemäß auch mehr als zwei Empfangskanäle vorgesehen sein, von denen alle oder ein Teil für die erfindungsgemäße Antennen-Diversität genutzt werden/wird.
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Besonders vorteilhaft kann das vorgeschlagene Verfahren bei sogenannten Software Defined Radios (SDR) als Empfangspfad beziehungsweise Empfangspfade eingesetzt werden. Ein solcher Empfangspfad im Sinne eines Empfangsgeräts besteht idealerweise lediglich aus einer Antenne, einem Analog-Digital Wandler und einer Recheneinheit, beispielsweise einem programmierbaren integrierten Chip. Damit weist ein solcher Empfangspfad eine sehr hohe Flexibilität auf, da Funktionsanpassungen durch eine neue Software oder die Vorgabe von Parametern erreicht werden können, ohne dass dazu Anpassungen an der Hardware durchzuführen sind. Die Hardware des Empfangskanals ist individuell für alle in Frage kommenden Funkkanäle geeignet, wobei jeweils ein Software Defined Radio (SDR) für einen Empfangspfad eingesetzt wird, wobei mehrere Software Defined Radios (SDR) in einer Hardware beziehungsweise einem Chip zusammengefasst sein können und gegebenenfalls in einer Recheneinheit zusammengefasst werden.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Wechseln zwischen den Betriebsmodi auf der Grundlage eines (oder mehrerer) zuvor festgelegten Umschaltkriteriums, welches gegebenenfalls selbst eine parameterabhängige oder eine durch eine funktionale Abhängigkeit von einer Variablen bestimmte Größe sein kann.
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Unabhängig davon ist es besonders vorteilhaft, wenn eine Vergleichsgröße für das Umschaltkriterium aus den empfangenen Signalen gebildet und/oder abgeleitet wird. In diesem Fall kann das Umschalten des Betriebsmodus aktuell an die Übertragungsqualität und/oder den Inhalt der Übertragung angepasst werden, ohne dass eine zusätzliche (aufwendige und Ressourcen sowie Energie beanspruchende) Steuerung vorgesehen werden muss.
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Hierdurch ist es möglich, dass im Falle einer schlechten Übertragungs- beziehungsweise Empfangssituation das System selbständig die Qualität beziehungsweise Zuverlässigkeit der empfangenen Information, insbesondere auf dem sicherheitsrelevanten Kontrollkanal, verbessern kann. Gleichzeitig wird auch erreicht, dass im Falle einer guten Empfangssituation der Kontrollkanal nicht mit Diversität ausgestattet ist und daher das Kommunikationssystem effizient betrieben werden kann, weil eine parallele Kommunikation (Senden oder Empfangen) auf verschiedenen Kanälen möglich ist, beispielsweise um weniger sicherheitsrelevante Applikationen schnell zu bedienen.
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In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Systems kann vorgesehen sein, die Vergleichsgröße für das Umschaltkriterium anhand der Empfangsqualität der empfangenen Signale zu ermitteln. Dazu kann beispielsweise eine Signalanalyse durchgeführt und insbesondere die Empfangsfeldstärke der Signale auf einem Funkkanal gemessen beziehungsweise ermittelt werden. Diese Vergleichsgröße kann dann mit einem das Umschaltkriterium bildenden Schwellwert verglichen werden. Dabei kann als Maß für die Empfangsfeldstärke die „Received Signal Strength Indication” (RSSI) ermittelt werden. Es handelt sich dabei um einen Indikator für die Empfangsfeldstärke, die in den IEEE 802.11 Standards festgelegt ist und als ein Byte-Wert angegeben wird. Wenn dieser Wert beispielsweise über einen Zeitraum von mehreren Millisekunden einen vorgeben Schwellwert unter- beziehungsweise überschreitet, so wird zwischen den Betriebsmodi gewechselt, wobei bei schlechter Empfangsqualität auf dem interessierenden Funkkanal die Antennen-Diversität aktiviert und bei Überschreiten eines einen zuverlässigen Empfang signalisierenden Schwellwerts von der Antennen-Diversität in einem Funkkanal auf eine parallele Kommunikation in verschiedenen Funkkanälen zurückgeschaltet wird. Dies gilt erfindungsgemäß entsprechend für alle Umschaltkriterien.
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Alternativ oder zusätzlich kann als Vergleichsgröße für das Umschaltkriterium die Anzahl (Quantität) von empfangenen Signalen ermittelt werden. Das Umschalten des Betriebsmodus erfolgt dann aufgrund eines Vergleichs zwischen der Anzahl (Quantität) der empfangenen Signale und der Anzahl (Quantität) der erwarteten Signale.
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Dabei wird beispielsweise über einen festlegbaren Zeitraum die Anzahl der empfangenen Botschaften ermittelt und mit der zu erwartenden Anzahl verglichen. Anhand dieses Umschaltkriteriums kann ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenes Kommunikationssystem auch auf periodisch auftretende Empfangsstörungen der Botschaften reagieren.
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In einer konkreten bevorzugten Anwendung kann die Erfindung ausnutzen, dass im Rahmen der C2X-Kommunikation nach dem ITS-Standard sogenannte Bekanntmachungsbotschaften von den an der C2X-Kommunikation Beteiligten an ihre Umgebung ausgesendet werden. Diese Bekanntmachungsbotschaften werden also wie ein Leuchtfeuer ausgesandt und können von den anderen Teilnehmern ständig empfangen werden, beispielsweise um in Netzwerken mit sich ständig ändernden Teilnehmern an der C2X-Kommunikation einen Überblick über die Kommunikationspartner und deren Grundzustand zu erhalten. Diese Kommunikation kann beispielsweise über den Kontrollkanal erfolgen, wobei ergänzend weitere Informationen über einen Servicekanal ausgetauscht werden können.
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Häufig werden diese Bekanntmachungsbotschaften auch kurz als CAM (Cooperative Awareness Message) bezeichnet. CAM-Botschaften werden entsprechend dem vorgesehenen Standard in regelmäßigen Zeitintervallen von 100 bis 500 ms (2–10 Hz) ausgesendet und enthalten unter anderem den Fahrzeugtyp, die Position, die Geschwindigkeit und die Richtung des an der C2X-Kommunikation teilnehmenden Fahrzeugs. Grundsätzlich kann es sich aber um alle Informationen handeln, die für die Umgebung einen Nutzen aufweisen und so sicherheitsrelevant sind. Die Erfindung ist daher nicht unbedingt auf den Empfang von CAM-Botschaften beschränkt.
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Ein gestörter Empfang von CAM-Botschaften (oder sonstigen regelmäßig ausgesandten Botschaften) kann erfindungsgemäß also schnell erkannt werden, indem die Quantität der Botschaften, insbesondere bezogen auf eine Zeitspanne, überwacht wird. Für die in regelmäßigen Zeitintervallen von 100 bis 500 ms (2–10 Hz) ausgesendeten CAM-Botschaften hat es sich in der Praxis als besonders sinnvoll herausgestellt, eine Zeitspanne von 500 Millisekunden zu verwenden. Dies entspricht der maximalen Übertragungsdifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden CAM-Botschaften und ermöglicht das Festsetzen einer entsprechenden Übertragungsrate (Quantität pro Zeitspanne) als Vergleichsgröße, um eine Empfangsstörung schnell zu erkennen. In Weiterentwicklung des vorstehenden Konzepts kann zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, den Inhalt von insbesondere auf einem Funkkanal empfangenen Signalen zu analysieren und basierend darauf die Vergleichsgröße für das Umschaltkriterium zu ermitteln. Hier wird also die übertragene Information an sich analysiert. Das System kann dazu beispielsweise standardmäßig den Kontrollkanal mit Antennen-Diversität empfangen und auf einen parallelen Zweikanalempfang umschalten, sobald eine Botschaft oder eine Servicemitteilung angekündigt wird, die auf dem Servicekanal empfangen werden soll. In einer alternativen Ausgestaltung dieser Erfindungsvariante kann das System standardmäßig auf beiden oder mehreren Funkkanälen mit jeweils einem zugeordneten Empfangspfad empfangen und den Betriebsmodus aufgrund der übertragenen Information wechseln, um beispielsweise den Kontrollkanal über beide Empfangspfade zu empfangen.
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Eine weitere Möglichkeit, das erfindungsgemäße Umschalten zwischen den beiden Betriebsmodi ”Antennen-Diveristät” und ”parallel arbeitende Empfangspfande in verschiedenen Funkkanälen” herbeizuführen, liegt darin, die Vergleichsgröße für das Umschaltkriterium in Abhängigkeit von dem Erkennen einer Situation, in welcher sich das Fahrzeug befindet, oder eines Zustands des Fahrzeuge zu ermitteln. Dazu ist es möglich, Umgebungsinformationen zu ermitteln und dadurch eine schwierige Empfangssituation oder eine Gefahrensituation zu entdecken. Andererseits können Fahrzeugzustände, wie beispielsweise eine starke Verzögerung, das Eingreifen von Fahrerassistenzsystemen, eine hohe Geschwindigkeit oder dergleichen ermittelt werden. Häufig liegen derartige Informationen bereits als Botschaften oder Fahrzeugparameter in dem Kommunikationsnetz zwischen verschiedenen Fahrzeugapplikationen ohnehin vor, so dass der Zugriff auf diese Informationen erfindungsgemäß besonders einfach ist. In Situationen beziehungsweise Fahrzeugzuständen, in denen ohnehin nur ein Empfangskanal benötigt wird, wird dieser mit Diversität ausgestattet. Dies ist denkbar, falls das Auto geparkt wurde und noch bezahlt werden soll, oder ein Werkstattservice über diesen Kanal durchgeführt werden soll.
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Die Umgebungsinformationen können, sofern sie nicht ohnehin schon vorliegen, beispielsweise über Umfeldsensoren (Kamera, Radar, Lidar, GPS) des Fahrzeuges und/oder über Karteninformationen eines Ortungssystems ermittelt werden. Eine schwierige Empfangssituation kann unter anderem aufgrund der Topologie existieren, also bei verschlungenen Landstraßen, Häuserschluchten oder in gebirgigen Regionen, die sowohl Karten entnehmbar sein kann und/oder durch Auswertung von Kamerabildern ableitbar ist. Zusätzlich ist ein Diversitätsempfang in Gefahrensituationen vorteilhaft, die häufig anhand der Straßen- und/oder Verkehrsverhältnisse erkennbar sind und vermehrt an verkehrstechnisch ausgezeichneten Punkten, wie beispielsweise Kreuzungen, Ampeln, Ausfahrten oder bei Staus, auftreten. Ebenso können die Witterungsverhältnisse zur Detektion einer gefährlichen Situation oder schwierigen Empfangssituation herangezogen werden. Dazu können entweder direkt Sensoren des Fahrzeuges, wie Temperatur oder Regensensor, verwendet werden. Alternativ oder ergänzend auch kann auf externe Wettervorhersagen zurückgegriffen werden, die beispielsweise über den Servicekanal abrufbar sind.
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Neben dem Erkennen des Fahrzeugumfelds kann es auch sinnvoll sein, den Fahrzeugstatus beispielsweise in Abhängigkeit von in dem Fahrzeug aktivierten Funktionen zu erkennen, die insbesondere die Fahrzeugsicherheit betreffen und daher sicherheitsrelevant sind und/oder für die ein kontinuierlicher Empfang bestimmter Informationen benötigt wird. Auch in diesem Fall kann erfindungsgemäß zwischen den Betriebsmodi umgeschaltet werden, wobei dann das Erkennen bestimmter aktivierter Fahrzeugfunktionen als Vergleichsgröße für das Umschaltkriterium herangezogen wird. Hierzu kann beispielsweise eine Liste entsprechender Funktionen in dem Fahrzeug vorgehalten sein. Eine Funktion, die sicherheitsrelevant ist, kann beispielsweise durch deren SI-Level erkannt werden, der in der ISO 26262 näher bestimmt wird und als Vergleichsgröße erfasst wird.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die jeweils alleinige Anwendung der vorbeschriebenen Umschaltkriterien beschränkt. Vorzugsweise werden möglichst viele Entscheidungskriterien miteinander kombiniert, um eine möglichst gute Entscheidungsgrundlage zu haben.
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In einer Weiterführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, dass in dem ersten Betriebsmodus, in dem die wenigstens zwei Empfangspfade Signale auf einem unterschiedlichen Funkkanal empfangen, ein ausgewählter Funkkanal dem Empfangspfad mit der besten Empfangsqualität zugewiesen wird. Vorzugsweise wird dem Kontrollkanal dabei immer der Empfangspfad mit der besten Empfangsqualität zugeordnet. Dies stellt somit sicher, dass beispielsweise die CAM-Botschaften, die über den Kontrollkanal empfangen werden, mit möglichst guter Qualität empfangen werden, während parallel der Servicekanal empfangsbereit bleibt. Diese Unterform des Diversitätsempfang stellt somit sicher, dass der Kontrollkanal bestmögliche Empfangsqualität aufweist, während gleichzeitig auf zwei Funkkanälen parallel Signale empfangen werden können. Dies kann technisch beispielsweise dadurch gelöst werden, dass die Zuordnung der Antennen zu den Empfangspfaden beispielsweise durch einen Softwarebefehl geändert wird. Dies ist insbesondere bei Multipfad-Software Defined Radios auf einfache Weise möglich.
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In einer weiteren Ausführungsform werden beim Senden von Signalen wenigstens zwei Antennen verwendet. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Signale zeitlich versetzt zueinander ausgesendet werden, da so verhindert wird, dass sich die Signale gegenseitig beeinflussen. In dieser Situation muss sichergestellt sein, dass der Adressat die Signale über mehrere Ausbreitungswege empfangen und daraus anschließend ein einzelnes Signal rekonstruieren kann.
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Ein Kommunikationssystem, auf dem das vorbeschriebene Verfahren durchgeführt werden kann, ist auch Gegenstand der Erfindung. Das durch eine geeignete Einheit, beispielsweise eine Fahrzeugeinheit, gebildete Kommunikationssystem hat wenigstens zwei Empfangspfade, die jeweils wenigstens eine eigenständige Antenne und einen eigenständigen Empfänger zum Empfangen von Signalen in einem Funkkanal aufweisen, und weist ferner eine Recheneinheit auf, die dazu eingerichtet ist, das vorbeschriebene Verfahren oder Teile hiervon auszuführen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Antennen in den zumindest zwei verschiedenen Empfangspfaden eine unterschiedliche Empfangscharakteristik auf. Hierdurch wird die Empfangsqualität im Vergleich zu der normalen Diversität weiter verbessert. Besonders vorteilhaft ist diese Ausführungsform für topologische Regionen, in denen unterschiedliche Antennen einen qualitativ besseren Empfang aufweisen. Dazu kann eine der Antennen besonders empfindlich im innerstädtischen Bereich sein, während die andere Antenne besonders empfindlich auf offenen Flächen, in gebirgigen oder bewaldeten Regionen ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.
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Es zeigen:
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1a, b schematisch Verkehrssituationen, in denen das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Kommunikationssystems eingesetzt werden kann, und
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2 ein schematisches Ablaufdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Kommunikationssystems.
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In den 1a) und 1b) sind zwei verschiedene Verkehrssituationen dargestellt, in denen sich jeweils zwei mit einem nicht dargestellten, erfindungsgemäßen Kommunikationssystem zur Teilnahme in der C2X-Kommunikation ausgestattete Fahrzeuge 1, 2 auf verschiedenen Straßen 3, 4 begegnen, die an einer Kreuzung 5 aufeinander treffen.
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Das Fahrzeug 2 weist zusätzlich als Umfeldsensor einen Radarsensor auf. Bei der in 1a) gezeigten Situation empfängt das Fahrzeug 2 Informationen aus seiner Umgebung sowohl durch den Radarsensor und als auch durch die im Rahmen der C2XKommunikation durch das Fahrzeug 1 ausgesandten CAM-Botschaften. Die CAM-Botschaften des Fahrzeugs 1 beinhalten die Position, Geschwindigkeit und Richtung des Fahrzeugs 1 und sind in den Koordinaten eines definierten Koordinatensystems eines globalen Ortungssystems angegeben, die beide Fahrzeuge 1, 2 gemeinsam nutzen. Somit kann das Fahrzeug 2 diese Informationen in sein Assistenzsystem integrieren und feststellen, dass sich die als sicherheitsrelevant klassifizierten Bereiche 6 und 7 der beiden Fahrzeuge 1, 2 überlappen. In einer solchen potentiellen Gefahrensituation ist es wichtig, die weiteren CAM-Botschaften des Fahrzeugs 1 in der C2X-Kommunikation auch tatsächlich zu empfangen, um festzustellen, ob das Fahrzeug 1 die gebotene Vorfahrt gewährt und langsamer wird beziehungsweise anhält oder ob das Fahrzeug 1 mit gleichbleibender Geschwindigkeit weiter fährt. In letzterem Fall könnte das Assistenzsystem des Fahrzeugs eingreifen, um eine Kollision zu vermeiden.
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Das Klassifizieren einer erkannten Verkehrssituation als potenzielle Gefahrensituation, die einen zuverlässigen Empfang weiterer CAM-Nachrichten erfordert, bildet daher eine erfindungsgemäße Vergleichsgröße, die mit dem Umschaltkriterium verglichen wird und in diesem Fall das Umschaltkriterium auch erfüllt. Nach Überprüfung des Umschaltkriteriums anhand der Vergleichsgröße schaltet das Fahrzeug 2 auf einen Empfang mit Antennen-Diversität für den Kontrollkanal um, auf dem die CAM-Botschaften ausgesendet und empfangen werden. Dadurch wird der Kontrollkanal über zwei in ihrer Funktion voneinander unabhängige Empfangspfade empfangen und die Wahrscheinlichkeit für den sicheren Empfang der CAM-Botschaften oder anderer wichtiger Informationen auf dem Kontrollkanal signifikant erhöht. Der ansonsten über den jetzt dem Kontrollkanal zugeschalteten Empfangspfad empfangene Servicekanal kann während der Antennen-Diversität – zumindest über diesen Empfangspfad – nicht empfangen werden.
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In der in 1b) dargestellten Situation erkennt das insbesondere durch eine Recheneinheit gebildete Assistenzsystem des Fahrzeugs 2 aus der Umfeldsensorik seines Radarsensors und den CAM-Botschaften des Fahrzeugs 1, dass sich das kreuzende Fahrzeug 1 nicht in den als sicherheitsrelevant eingestuften Bereichen 6, 7 befindet. Daher ist das Umschaltkriterium nicht erfüllt und der Empfang mit Antennen-Diversität (Diversitätsempfang) wird nicht aktiviert. Die Empfangspfade empfangen jeweils Informationen über unterschiedliche Funkkanäle.
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Eine andere Bewertung derselben Verkehrssituation gemäß 1b) kann sich ergeben, wenn sich an der Kreuzung 5 ein stationärer Sender 8, eine sogenannte Road-Side-Unit(RSU), befindet. Dieser stationäre Sender sendet auch CAM-Botschaften und zusätzlich sogenannte MAP-Nachrichten (die Topologie in der Umgebung beschreibende Nachrichten) aus und teilt den ankommenden Fahrzeugen 1, 2 dadurch mit, dass sie sich auf eine Kreuzung 5 zubewegen, die als besonders kritisch eingestuft wird und/oder in deren Nähe, beispielsweise durch eine bauliche Abschirmung, der Empfang von Signalen anderer Fahrzeuge 1, 2 in der C2X-Kommunikation fehleranfällig ist. Diese Information wird in einer Vergleichsgröße (Kennung für einen sicherheitsrelevanten oder gefährlichen Straßenabschnitt) erfasst und mit dem Umschaltkriterium verglichen. In diesem Fall führt der Vergleich dazu, dass die Fahrzeuge 1, 2 bei Empfang der CAM-Botschaften der Road-Side-Unit 8 automatisch auf Empfang mit Antennen-Diversität für den Kontrollkanal umschalten.
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Die vorbeschriebenen Situationen stellen lediglich Beispiele dar, bei denen der Vergleich einer aus empfangenen Signalen und/oder Fahrzuständen beziehungsweise Fahrzeugumgebungssituationen abgeleiteten Vergleichsgröße mit einem Umschaltkriterium zu einem Wechsel zwischen den beiden Betriebsmodi führen oder nicht. Insbesondere die eingangs beschriebenen oder sich für den Fachmann mit ergebenden Umschaltkriterien können erfindungsgemäß in entsprechenden Situationen angewendet werden.
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In 2 ist schematisch ein Verfahrensablauf zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Kommunikationssystems 9 dargestellt.
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Es zeigt zwei Empfangspfade P1 und P1, die jeweils eine eigenständig funktionsfähige Antenne mit einem zugeordneten Empfänger zum Dekodieren der empfangenen Signale aufweisen. Der Empfänger kann beispielsweise auch eine Analog-Digital-Wandlung der Signale vornehmen und diese als digitale Daten über eine Schnittstelle 10 einer Recheneinheit 11 des Kommunikationssystems 9 zuleiten.
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Die Recheneinheit 11 ist dazu eingerichtet, aus den empfangen Signalen und/oder sonstigen Informationen aus dem Erkennen einer Situation, in dem sich das Fahrzeug befindet, beziehungsweise eines Zustands des Fahrzeugs, eine oder mehrere Vergleichsgrößen V1, V2 abzuleiten. Hierbei stehen V1 für eine oder mehrere Vergleichsgrößen in dem ersten Empfangspfad P1 und V2 für eine oder mehrere Vergleichsgrößen in dem zweiten Empfangspfad P2.
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Diese Vergleichsgrößen V1, V2 werden nachfolgend in der Recheneinheit einem Vergleich U(V1, V2) mit Umschaltkriterien U1 und U2 verglichen, die jeweils an die gerade gebildete Vergleichsgröße V1, V2 angepasst sein können. Es ist gegebenenfalls auch möglich, nur einen Teil der Vergleichsgrößen V1 oder V2, beispielsweise die aus Signalen eines bestimmten Empfangspfads P1 oder P2 gebildeten Vergleichsgrößen, dem Vergleich U(V1, V2) zu unterziehen.
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Als Ergebnis des Vergleichs U(V1, V2) entscheidet die Recheneinheit dann, welcher Empfangspfad P1, P2 welchem der möglichen Funkkanäle (CCH, SCH) zugewiesen wird, wobei CCH dem Kontrollkanal der C2X-Kommunikation und SCH dem Servicekanal der C2X-Kommunikation entspricht.
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Im Falle eines Empfangs mit Antennen-Diversität für den Kontrollkanal CCH weist die Recheneinheit 11 also sowohl dem Empfangspfad P1 als auch dem Empfangspfad P2 den Kontrollkanal CCH zu. Andernfalls weist sie einem Empfangspfad P1, P2 den einen Funkkanal CCH, SCH und dem anderen Empfangspfad P2, P1 den anderen Funkkanal SCH, CCH zu, so dass jeder Empfangspfad P1, P2 auf einem anderen Funkkanal CCH, SCH zeitgleich kommunizieren kann.
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Auch bei dem Betrieb der beiden Empfangspfade P1, P2 auf verschiedenen Funkkanälen CCH, SCH, d. h. einem Betrieb ohne Antennen-Diversität, kann es vorgesehen sein, dass die Recheneinheit dem sicherheitsrelevanten Kontrollkanal CCH den Empfangspfad P1, P2 mit der besten Empfangsqualität Q zugewiesen werden. Dazu werden als Vergleichsgrößen V1 und V2 jeweils die Empfangsqualität Q1 und Q2 der beiden Empfangspfade P1 und P2 gebildet. Bei dem Vergleich U(Q1, Q2) wird dann das Maximum der Empfangsqualitäten Q1 und Q2 gebildet.
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Dem Empfangspfad P1 oder P2 mit der maximalen Empfangsqualität Q1 oder Q2 wird dann der Kontrollkanal CCH zugeordnet. Dem anderen Empfangspfad P2 oder P1 wird anschließend der Servicekanal SCH zugeordnet. Auf diese Weise wird die Empfangsqualität auf dem Kontrollkanal CCH auch unabhängig von einer Antennen-Diversität optimiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 2
- Fahrzeug
- 3, 4
- Straße
- 5
- Kreuzung
- 6, 7
- als sicherheitsrelevant klassifizierte Bereiche
- 8
- Stationärer Sender, Road-Side-Unit
- 9
- Kommunikationssystem
- 10
- Schnittstelle
- 11
- Recheneinheit
- P1, P2
- Empfangspfad
- V1, V2
- Vergleichsgröße
- U1, U2
- Umschaltkriterium
- U(V1, V2)
- Vergleich mit Umschaltkriterium
- CCH
- Kontrollkanal
- SCH
- Servicekanal
