DE102016213703B4

DE102016213703B4 - Vorrichtung, Fahrzeug, Verfahren, Computerprogramm und Funksystem zur Funkversorgung in einem vordefinierten Raum

Info

Publication number: DE102016213703B4
Application number: DE102016213703.4A
Authority: DE
Inventors: Ernst Zielinski; Matthias Mohaupt; Jens Kampermann; Wolfgang Theimer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2018-04-26
Anticipated expiration: 2036-07-27
Also published as: US20180031693A1; DE102016213703A1; CN107659895A; CN107659895B; US10073172B2

Abstract

Ausführungsbeispiele schaffen eine Vorrichtung, ein Fahrzeug, ein Verfahren, ein Computerprogramm und ein Funksystem zur Funkversorgung in einem vordefinierten Raum. Das Verfahren zum Betrieb eines Funksystems (20) in einem vordefinierten Raum (25) umfasst ein Betreiben (12) zumindest einer Sende- und/oder Empfangsantenne (22) in dem vordefinierten Raum (25) zur Versorgung zumindest eines Teilbereiches des vordefinierten Raumes (25). Das Verfahren umfasst ein Nutzen (14) zumindest eines Elementes (24a; 24b) mit einer Wirkfläche in dem vordefinierten Raum (25) unter Berücksichtigung des Teilbereiches zur Versorgung, wobei die Wirkfläche des Elementes (24a; 24b) die Ausbreitungsbedingungen von Signalen des Funksystems (25) beeinflusst.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug, eine Vorrichtung, ein Verfahren, ein Computerprogramm und ein Funksystem zur Funkversorgung in einem vordefinierten Raum, insbesondere aber nicht ausschließlich, auf die gezielte Anbringung von Reflektoren und/oder Absorptionsflächen für ein Funksystem im Innenraum eines Fahrzeugs.
Mobile Geräte, im Folgenden auch Mobilgeräte genannt, finden eine immer weiter verbreitete Nutzung auch in geschlossenen Räumen (auch engl. Indoorbereich). Beispielsweise in Fahrzeugen, wie Automobilen, Zügen, Flugzeugen, Bussen, Schiffen, usw. dienen mobile Geräte zur Kommunikation, zur Unterhaltung der Fahrgäste, zur Weiterleitung von relevanten Informationen über den Fahrzeugzustand oder über die Verkehrslage auf der geplanten Route, usw. Dabei kann es hilfreich sein, Informationen zielgerichtet im Raum zu verteilen, zum Beispiel abhängig von der Position des Mobilgerätes in dem Raum, z.B. in der Fahrgastzelle. Beispielsweise kann ein eingehendes Telefonat oder eine Aktualisierung der Routeninformation dem Mobilgerät des Fahrers signalisiert werden. Ein Spiel zur Unterhaltung kann alle Mobilgeräte der Fahrgäste bis auf das Mobilgerät des Fahrers umfassen. Für eine solche Zuordnung ist es zweckmäßig, den Aufenthaltsort des mobilen Endgerätes im Raum, z.B. in dem Fahrzeug, zu kennen. Es können dann Übertragungskonzepte an den Aufenthaltsort angepasst werden und dementsprechend eine Dienstqualität oder eine Übertragungskapazität angepasst werden. Beispielsweise können räumliche Übertragungskonzepte basierend auf einer Information über einen Aufenthaltsort eines Endgerätes verbessert werden.
Es steht zu erwarten, dass der Einsatz von Lokalisierungstechniken für die Positionsschätzung von mobilen Endgeräten zur Verbesserung der Nutzerzufriedenheit (auch engl. User Experience) in den nächsten Jahren immer wichtiger wird. Vor allem in Fahrzeugen ergeben sich dadurch viele beeindruckende Einsatzmöglichkeiten. Durch den Einsatz von Funktechnik zur Lokalisierung können zusätzliche Kosten entstehen, die durch eine aufwendige Kalibration verursacht werden. Ein mögliches Verfahren zur Kalibration einer Implementierung von Antenneneinheiten in einem Fahrzeug verwendet zur Kalibrierung einen oder mehrere Testsender, die an mehreren vordefinierten Positionen in Fahrzeuginnenraum platziert werden und so Kalibrierungsparameter gemessen werden können. Eine Detektion einer Belegung im Fahrzeuginnenraum wird ferner über zusätzliche Sensorik durchgeführt, beispielsweise über in Sitze integrierte Drucksensoren oder Schalter.
Mobilgeräte können dabei als Mobilfunkgeräte nach einem oder mehreren standardisierten Mobilfunkstandards ausgebildet sein. Diese können für Nahfeldkommunikation und/oder für die Überbrückung größerer Entfernungen geeignet sein. Fahrgastzellen sind in verschiedensten Größenordnungen bekannt und umfassen Zellen für Personenwagen, Wohnmobile, Lastkraftwagen und auch den Fahrgastraum von Bussen, Zügen, Flugzeugen, Schiffen, usw.
Eine weitere Möglichkeit zur Lokalisierung wird mit Hilfe eines Ultraschallstiftes durchgeführt. Dabei sendet der Stift einen Infrarot-Lichtpuls aus, der sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. Dieser Lichtimpuls wird durch eine Infrarot-Diode detektiert. Gleichzeitig sendet der Stift ein Ultraschallsignal aus, das durch zwei Ultraschallmikrofone aufgenommen wird. Da sich Schall nur mit ca. 330 Meter/Sekunde ausbreitet, kann man aus der Zeitdifferenz zum optischen Signal die Entfernung und durch eine verteilte Lage von Mikrofonen die Richtung des Signals in einer Ebene detektieren. Allerdings ist dieses Konzept zur Lokalisierung von Mobilgeräten unter Umständen wenig geeignet, da sich der Stift nicht ständig in der Nähe des Mobilgerätes befindet. Alternativ könnte das Mobilgerät Infrarot-Lichtpulse und Ultraschallsignale senden, was seinen Energievorrat nachteilig beeinflussen würde und überdies in handelsüblichen Mobilgeräten in der Regel nicht vorgesehen ist.
Weiter bekannt sind Lokalisierungsmethoden, die auf den Ausbreitungseigenschaften von elektromagnetischen Wellen beruhen. Unterschiedliche HF-Technologien in Frequenzbereichen von wenigen Kilo-Hertz bis zu Ultrawideband Technologie (UWB) mit Frequenzen zwischen 3,2 - 10,6 Giga-Hertz finden dabei Verwendung. Dabei wird der zu lokalisierende Gegenstand mit einer entsprechenden Markierung, zum Beispiel einem Radiofrequenz-Identifikationstransponder (RFID-Tag), versehen, um auffindbar zu sein. Allerdings ist hierfür an den Mobilgeräten ein Zusatzelement zu befestigen, zum Beispiel der genannte RFID-Tag. Dies ist insbesondere bei wechselnden Mobilgeräten in der Fahrgastzelle nur aufwändig zu handhaben.
Mögliche Ortungstechnologien außerhalb der Fahrgastzelle und des Fahrzeuges basieren auf GPS (engl. Global Positioning System) oder auf Triangulation von Signalen von Basisstationen, die zum Beispiel für einen zellularen Mobilfunk Verwendung finden. Allerdings ist diese Ortsbestimmung zu ungenau, um in einem Raum, der beispielsweise gerade eine Fahrgastzelle umfasst, die Position eines Endgerätes zu bestimmen. Elektromagnetischen Wellen werden überdies nur gedämpft und/oder verzerrt in geschlossene Räume übertragen und dies kann eine Ortung innerhalb des Raumes nachteilig beeinflussen.
Die Druckschrift US 5,697,063 A beschreibt ein Innenfunkkommunikationssystem, in welchem eine Funkkommunikation unter Verwendung einer kleinen Antenne mit einer hohen Richtwirkung durchgeführt wird.
Die Druckschrift JP 2009-204344 A beschreibt ein Funksystem mit einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne. Zwischen der Sendeantenne und der Empfangsantenne kann ein Funkwellenabsorber angeordnet werden.
Die Druckschrift US 2010/0156721 A1 beschreibt eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung. Die drahtlose Kommunikationsvorrichtung sendet ein Funksignal über einen Reflektor an eine weitere drahtlose Kommunikationsvorrichtung aus.
Die Druckschrift US 2015/0171510 A1 beschreibt eine Fahrzeugkommunikationsvorrichtung. Die Fahrzeugkommunikationsvorrichtung ist in einem Fahrzeuginnenraum angeordnet und zur Funkkommunikation mit einem in dem Fahrzeuginnenraum befindlichen portablen Endgerät ausgebildet.
Die Nutzung von Mobilen (Funk-) Endgeräten im Fahrzeug und um das Fahrzeug gehört mittlerweile zum Alltag. Das moderne Fahrzeug ist/wird i.d.R. mit Funktechnik ausgestattet sein. Diese Funktechnik biete u.a. Daten-Kommunikation über z.B. Bluetooth, Wireless Local Area Network (WLAN), Long Term Evolution (LTE), 802.11p usw. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit durch Ortung von mobilen Funkendgeräten im/um das Fahrzeug den Service und User Experience (Nutzer Erfahrung/Zufriedenheit) im Fahrzeug bedeutend zu verbessern.
Dem wird durch eine Vorrichtung, ein Verfahren, ein Funksystem und ein Fahrzeug jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche Rechnung getragen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ausführungsbeispiele basieren auf dem Kerngedanken, in einem vordefinierten Raum Elemente mit mindestens einer Wirkfläche zur Beeinflussung der Signale oder Felder eines Funksystems einzubringen. Dadurch können Teilbereiche ausgebildet werden, die von gewissen Antennenstandpunkten aus besser oder schlechter erreichbar sind. Durch eine mittels der Elemente verbesserte räumliche Trennbarkeit einzelner Versorgungsteilbereiche kann eine Gleichkanalstörsituation und/oder eine Ausleuchtung in dem vordefinierten Raum verbessert werden. Ausführungsbeispiele können so eine Möglichkeit zur Abdeckungsgestaltung für ein Funksystem ermöglichen. Dadurch können Vorteile bei der Übertragungskapazität, bei der Systemkapazität sowie bei der Servicequalität erreicht werden.
Manche Ausführungsbeispiele basieren ferner auf dem Kerngedanken durch Einsatz von intelligenten Antennen (Beamforming z.B. via Phase-Array) kombiniert mit im Fahrzeuginnenraum angebrachten Reflektoren/Absorptionsflächen den Funkkanal bzw. die Abdeckungssituation zu manipulieren. Diese Strategie kann einen kostengünstigen Weg die Qualität der oben erwähnten Techniken zu steigern darstellen. Ausführungsbeispiele können so zu einer Verbesserung der BT/WLAN Verbindung durch Verbesserung der Empfangsstärke und Senkung der Störungen beitragen. Darüber hinaus kann eine Verbesserung der Ortung von Mobilen (Funk-) Endgeräten durch Implementierung aussagekräftiger Empfangscharakteristiken erreicht werden. Ausführungsbeispiele können ein verbessertes Konzept für ein Funksystem für einen vordefinierten Raum bereitzustellen.
Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zur Installation eines Funksystems in einem vordefinierten Raum. Das Verfahren umfasst ein Betreiben zumindest einer Sende- und/oder Empfangsantenne in dem vordefinierten Raum zur Versorgung zumindest eines Teilbereiches des vordefinierten Raumes. Das Verfahren umfasst ferner ein Nutzen zumindest eines Elementes mit einer Wirkfläche in dem vordefinierten Raum unter Berücksichtigung des Teilbereiches zur Versorgung, wobei die Wirkfläche die Ausbreitungsbedingungen von Signalen des Funksystems beeinflusst. Ausführungsbeispiele können über die Wirkfläche des Elementes das elektromagnetische Feld oder eine Signalverteilung in dem vordefinierten Raum beeinflussen, was zur Optimierung der Versorgungs- und/oder Interferenzsituation in dem Raum ausgenutzt werden kann.
In manchen Ausführungsbeispielen kann die Wirkfläche eine Absorptionsfläche oder eine Reflexionsfläche sein. Durch Nutzen einer Absorptionsfläche können Reflexionen vermieden oder zumindest vermindert werden. Durch Nutzen einer Reflexionsfläche können Reflexionen gezielt hervorgerufen und gerichtet werden. Dies kann eine Gestaltung oder ein Design eines Abdeckungsbereiches ermöglichen oder zumindest erleichtern.
Beispielsweise kann der vordefinierte Raum einen Abschattungsbereich bezüglich der zumindest einen Sende- und/oder Empfangsantenne aufweisen und das Nutzen des Elementes kann derart erfolgen, dass eine Versorgungsqualität des Funksystems in dem Abschattungsbereich erhöht wird. Beispielsweise kann mit Hilfe der erzeugten Reflexionen ein abschattendes Objekt hinterleuchtet werden.
In einigen Ausführungsbeispielen kann das Anbringen des Elementes derart erfolgen, dass in dem vordefinierten Raum durch das Element ein Abschattungsbereich bzgl. der zumindest einen Sende- und/oder Empfangsantenne entsteht. Ausführungsbeispiele können so ein gezieltes Einbringen von Abschattungsbereichen erlauben. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn mehrere Antennen, die eine richtungsabhängige Empfangs-/Sendecharakteristik erzeugen (oder verschiedene Antennendiagramme/Strahldiagramme bereitstellen), verwendet werden (auch Strahlformung oder engl. Beamforming um verschiedene Abstrahlcharakteristiken zu erzeugen oder auszuwählen).
In Ausführungsbeispielen können generell beliebige Funksysteme zum Einsatz kommen, neben den zellularen Systemen können auch kurzreichweitigere Systeme wie z.B. ein Bluetooth-System oder ein Wireless Local Area Network-System eingesetzt werden, dessen Abdeckung in dem vordefinierten Raum dann durch das Element entsprechend beeinflusst, geformt oder designed werden kann.
In Ausführungsbeispielen kann ein Nutzen mehrerer Elemente mit Wirkflächen zur Unterteilung des vordefinierten Raumes in Funkversorgungsteilbereiche oder Sektoren erfolgen und/oder ein Betrieb mehrerer Antennen zur Selektion oder Strahlformung. Beispielsweise können über mehrere Antennen oder auch Strahlen (Beams) so einzelne Teilbereiche angesprochen werden, die bzgl. anderer Antennen oder Strahlen abgeschattet sind, bzw. gedämpfte Signale ermöglichen, so dass bzgl. der funktechnischen Ausbreitungsbedingungen eine verbesserte räumliche Separation der Teilbereiche erfolgen kann.
In einigen Ausführungsbeispielen ist der vordefinierte Raum ein Innenraum eines Fahrzeugs. Ausführungsbeispiele können so eine selektive Versorgung der Sitzplätze ermöglichen. In anderen Worten kann der Teilbereich einem Sitzplatz in dem Innenraum des Fahrzeugs entsprechen, der dann über das Funksystem versorgt wird. Das Element kann dann innen am Dach des Fahrzeugs angeordnet sein. In weiteren Ausführungsbeispielen kann das Verfahren auch ein Nutzen des Elementes an einer B-Säule des Fahrzeugs umfassen.
Ausführungsbeispiele schaffen auch ein Funksystem zur Versorgung eines vordefinierten Raumes mit Funkdiensten. Das Funksystem umfasst zumindest eine Sende- und/oder Empfangsantenne in dem vordefinierten Raum zur Versorgung zumindest eines Teilbereiches des vordefinierten Raumes. Das Funksystem umfasst ferner ein Element mit einer Wirkfläche, die die Ausbreitungsbedingungen von Signalen des Funksystems beeinflusst, wobei das Element in dem vordefinierten Raum unter Berücksichtigung des Teilbereiches zur Versorgung angeordnet ist. Die Wirkfläche kann beispielsweise eine Absorptionsfläche oder eine Reflexionsfläche sein. Das Funksystem ist z.B. ein Bluetooth-System oder ein Wireless Local Area Network-System. Das Funksystem kann ausgebildet sein, um zwei oder mehr Sitzplätze des Fahrzeugs unter Verwendung der gleichen Frequenz-und Zeitressourcen zu versorgen.
Ausführungsbeispiele schaffen auch ein Fahrzeug mit einem Funksystem gemäß der obigen Beschreibung. Das Element kann beispielsweise innen an einem Dach oder an einer B-Säule des Fahrzeugs angebracht sein.
Allgemein können Ausführungsbeispiele auch als Programm, Firmware, Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode oder als Daten implementiert sein, wobei der Programmcode oder die Daten dahin gehend wirksam ist bzw. sind, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Prozessor, Computer oder einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft. Der Programmcode oder die Daten kann bzw. können beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger oder Datenträger gespeichert sein. Der Programmcode oder die Daten können unter anderem als Quellcode, Maschinencode oder Bytecode sowie als anderer Zwischencode vorliegen.
In manchen Ausführungsbeispielen werden im Fahrzeug Sende/Empfangseinheiten (mit intelligenten Antennen) kombiniert mit Reflektoren/Absorptionsflächen verbaut, so dass die Datenübertragungsqualität und die Ortungsqualität verbessert wird oder sogar optimal ist. Dabei ist der Verbau-/Einbauort vom Fahrzeugtyp aber auf von den genutzten Antennen und Reflektoreigenschaften (oder Eigenschaften der Absorptionsflächen) sowie deren Anzahl abhängig.
Zumindest einige Ausführungsbeispiele können eine Kostenreduktion durch den Einsatz von kostengünstigen Reflektoren/Absorptionsflächen ermöglichen und/oder eine Verbesserung der BT/WLAN Verbindung durch Verbesserung der Empfangsstärke und Senkung der Störungen erreichen. Darüber hinaus kann ggf. eine Verbesserung der Ortung von mobilen (Funk-) Endgeräten durch Implementierung von aussagekräftigen Empfangscharakteristiken ermöglicht werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele, auf welche Ausführungsbeispiele generell jedoch nicht insgesamt beschränkt sind, näher beschrieben. Es zeigen:

1 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Installation eines Funksystems in einem vordefinierten Raum;
2 eine Illustration eines Ausführungsbeispiels eines Funksystems zur Versorgung eines vordefinierten Raumes mit Funkdiensten;
3 eine Übersichtsskizze zu Funkausbreitungsbedingungen in einem KFZ-Innenraum;
4 eine Übersichtsskizze zu Funkausbreitungsbedingungen und Abdeckungsbereichen in einem KFZ-Innenraum unter Verwendung von Strahlformung;
5 eine Übersichtsskizze zu Funkausbreitungsbedingungen und Abdeckungsbereichen in einem KFZ-Innenraum unter Verwendung von Strahlformung und einem Reflektor in einem Ausführungsbeispiel;
6 eine Übersichtsskizze zu Funkausbreitungsbedingungen und Abdeckungsbereichen in einem KFZ-Innenraum unter Verwendung von Strahlformung und zwei Reflektoren in einem Ausführungsbeispiel;
7 einen in einem Dachbereich eines Fahrzeuginnenraums montierten Reflektor in einem Ausführungsbeispiel;
8 ein Ausführungsbeispiel eines Funksystems mit zwei Reflektoren an der B-Säule eines Fahrzeugs;
9 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Funksystems mit einer Absorptionsfläche; und
10 ein Ausführungsbeispiel einer Antenneneinheit zur Strahlformung.

Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Optionale Merkmale oder Komponenten sind dabei in gestrichelten Linien dargestellt.
Obwohl Ausführungsbeispiele auf verschiedene Weise modifiziert und abgeändert werden können, sind Ausführungsbeispiele in den Figuren als Beispiele dargestellt und werden hierin ausführlich beschrieben. Es sei jedoch klargestellt, dass nicht beabsichtigt ist, Ausführungsbeispiele auf die jeweils offenbarten Formen zu beschränken, sondern dass Ausführungsbeispiele vielmehr sämtliche funktionale und/oder strukturelle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die im Bereich der Erfindung liegen, abdecken sollen.
Man beachte, dass ein Element, das als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „verkoppelt“ bezeichnet wird, mit dem anderen Element direkt verbunden oder verkoppelt sein kann oder dass dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wenn ein Element dagegen als „direkt verbunden“ oder „direkt verkoppelt“ mit einem anderen Element bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Andere Begriffe, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten auf ähnliche Weise interpretiert werden (z.B., „zwischen“ gegenüber „direkt dazwischen“, „angrenzend“ gegenüber „direkt angrenzend“ usw.).
Die Terminologie, die hierin verwendet wird, dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und soll die Ausführungsbeispiele nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „einer“, „eine“, „eines“ und „der“, „die“, „das“ auch die Pluralformen beinhalten, solange der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. Ferner sei klargestellt, dass die Ausdrücke wie z.B. „beinhaltet“, „beinhaltend“, „aufweist“, „umfasst“, „umfassend“ und/oder „aufweisend“, wie hierin verwendet, das Vorhandensein von genannten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem bzw. einer oder mehreren Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.
1 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betrieb eines Funksystems in einem vordefinierten Raum. Das Verfahren umfasst ein Betreiben 12 zumindest einer Sende- und/oder Empfangsantenne in dem vordefinierten Raum zur Versorgung zumindest eines Teilbereiches des vordefinierten Raumes. Das Verfahren umfasst darüber hinaus ein Nutzen 14 zumindest eines Elementes mit einer Wirkfläche in dem vordefinierten Raum unter Berücksichtigung des Teilbereiches zur Versorgung, wobei die Wirkfläche des Elementes die Ausbreitungsbedingungen von Signalen des Funksystems beeinflusst.
2 zeigt eine Illustration eines Ausführungsbeispiels eines Funksystems 20 zur Versorgung eines vordefinierten Raumes 25 mit Funkdiensten. Das Funksystem 20 umfasst zumindest eine Sende- und/oder Empfangsantenne 22 in dem vordefinierten Raum 25 zur Versorgung zumindest eines Teilbereiches des vordefinierten Raumes 25. Das Funksystem umfasst ferner ein Element 24a, 24b mit einer Wirkfläche, die die Ausbreitungsbedingungen von Signalen des Funksystems 20 beeinflusst, wobei das Element 24a, 24b in dem vordefinierten Raum 25 unter Berücksichtigung des Teilbereiches zur Versorgung angeordnet ist.
In Ausführungsbeispielen kann das Funksystem noch weitere Komponenten umfassen, die in der 2 nicht im Detail dargestellt sind. Dazu gehören ein oder mehrere Prozessoren, Verstärker, Filter, Diplexer, Duplexer, Antennen, etc. Diese Komponenten sind in der 2 vereinfacht als Kontrollmodul oder Sendeempfänger 27 des Funksystems dargestellt. In Ausführungsbeispielen kann das Funksystem beispielsweise ein Kontrollmodul umfassen, das einem beliebigen Controller oder Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente entsprechen. Beispielsweise kann das Kontrollmodul auch als Software realisiert sein, die für eine entsprechende Hardwarekomponente programmiert ist. Insofern kann das Kontrollmodul als programmierbare Hardware mit entsprechend angepasster Software implementiert sein. Dabei können beliebige Prozessoren, wie Digitale Signal Prozessoren (DSPs) zum Einsatz kommen. Ausführungsbeispiele sind dabei nicht auf einen bestimmten Typ von Prozessor eingeschränkt. Es sind beliebige Prozessoren oder auch mehrere Prozessoren zur Implementierung des Kontrollmoduls denkbar. Es sind auch Implementierungen in integrierter Form mit anderen Kontrolleinheiten denkbar, beispielsweise in einer Kontrolleinheit für ein Fahrzeug, die zusätzlich noch ein oder mehrere anderen Funktionen umfasst. Die hierin beschriebenen Verfahrensschritte können in Ausführungsbeispielen durch das Kontrollmodul oder den Sendeempfänger des Funksystems 25 ausgeführt werden. Insofern sind beschriebene Verfahrensschritte durch das Funksystem 20 durchführbar.
Das Kontrollmodul oder der Sendeempfänger kann beispielsweise einen oder mehrere Eingänge oder Schnittstellen zum Empfangen oder Bereitstellen von Informationen oder Signalen entsprechen, etwa in digitalen Bitwerten, Spannungen, Stromstärken oder elektromagnetischen Wellen, beispielsweise basierend auf einem Code, innerhalb eines Moduls, zwischen Modulen, oder zwischen Modulen verschiedener Entitäten. Insofern eignen sich die ein oder mehreren Schnittstellen um Signale mit Antenneneinheiten zu kommunizieren, d.h. zu Senden und/oder zu Empfangen. Dabei können zwischen den ein oder mehreren Schnittstellen noch weitere Komponenten vorhanden oder verschaltet sein, Beispiele sind Leistungsverstärker, Filter, Diplexer, Duplexer, Mischer, Phasenschieber, rauscharme Verstärker (auch engl. Low Noise Amplifier (LNA)), etc.
Eine Antenneneinheit 22 oder Sende- und/oder Empfangsantenne 22 kann ein oder mehrere Antennenelemente umfassen, die zum Senden und/oder zum Empfangen ausgebildet sind. Es ist auch denkbar, dass eine Antenneneinheit unterschiedliche Antennenelemente zum Senden und zum Empfangen umfasst. Dabei können Antennenelemente verschiedener Typen eingesetzt werden, Beispiele sind Dipole, Hornantennen, Patchantennen, magnetische Antennen usw. Die einzelnen Antennenelemente können dabei beispielsweise in vordefinierten Geometrien angeordnet sein, z.B. linear, kreisförmig, rechteckförmig, dreieckig, usw. Durch konstruktive bzw. destruktive Überlagerung der Signale über die Antennenelemente, die auch Strahlformungsverfahren oder engl. Beamforming genannt werden, können in Ausführungsbeispielen relativ zu einer Antenneneinheit Vorzugsrichtungen oder Hauptabstrahlrichtungen (konstruktive Überlagerung) sowie Dämpfungsrichtungen (destruktive Überlagerung) erzeugt werden. Dies geschieht durch entsprechende Phasen und/oder Amplitudenvariationen der Signale an den einzelnen Antennenelementen. Diese können dann beispielsweise auch zur Ermittlung von Einfallsrichtungen von Signalen benutzt werden. Einfallsrichtungen und auch Abstrahlrichtungen können dann beispielsweise zur Ortung oder Positionsermittlung von Sendern oder Empfängern herangezogen werden.
Wird zur Ermittlung der Positionen beispielsweise ein von dem Mobilgerät 40a und/oder 40b, vgl. 2 gesendetes Radiosignal verwendet, kann die Position des Mobilgeräts durch die Feldstärkemessungen an der Antenne bei Variation der Phasendifferenzen charakterisiert werden. Dabei kann die Antenne als Gruppenantenne ausgeführt sein, bei der Antennen aus einer Anzahl von Einzelstrahlern konstruiert sind, deren abgestrahlte Felder sich überlagern und durch konstruktive Überlagerung zu einem gemeinsamen Antennendiagramm formen. Die Empfangsrichtung des Signales kann zum Beispiel mit einem 2-Antennenarray (Antennenfeld mit 2 Antennenelementen) und einstellbaren Phasenschiebern ermittelt werden. Hierzu werden die Empfangssignale der beiden Antennen in n Schritten (zum Beispiel n=8, n=16) in der Phasenlage zueinander verschoben und dann addiert. Aus der Signalstärke des Summensignales lässt sich die Empfangsrichtung schätzen. Dies entspricht der Richtung, die dem stärksten Summensignal zugeordnet ist (beste Antennenkeule).
Bereits bei Einsatz einer Antenne lässt sich bei bestimmten Raumverhältnissen der Aufenthaltsort des gesuchten Gerätes ermitteln, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme der Raumgeometrie des beweglichen oder vordefinierten Raumes. Bei Einsatz mehrerer Antennen lässt sich aus mehreren Richtungsschätzungen die Position des gesuchten Gerätes ermitteln. Die Schnittfläche der „besten“ Antennenkeulen (auch engl. Beams) der einzelnen Antennenarrays ergibt die Positionsschätzung.
Dabei kann die Ermittlung der Position in verschiedenen Genauigkeiten durchgeführt werden, je nach technischen Möglichkeiten und vorgesehener Verwendung. So kann die Positionsbestimmung einen Bereich ergeben, in dem sich der Gegenstand befindet. Dieser Bereich kann als Strecke ausgebildet sein, auf der sich das Mobilgerät innerhalb des bewegbaren oder vordefinierten Raumes befindet. Weiter kann die Ermittlung der Position auch mehr oder weniger punktgenau durchgeführt werden. Dabei bezieht sich die Ermittlung der Position stets auf ein Bezugssystem. Ein absolutes Bezugssystem ist dabei zum Beispiel die Erde, bei der die ermittelte Position zum Beispiel in Längen- und Breitengrad angegeben sein kann. Eine relative Ermittlung der Position kann sich auch auf einen Gegenstand in einem Raum beziehen, wobei der Raum selbst in seinem Umfeld beweglich sein kann. So kann der vordefinierte Raum beispielsweise als Fahrgastzelle oder als Innenraum eines Fahrzeugs ausgebildet sein. Allgemein kann eine Ermittlung der Position (oder einer relativen Position in dem Raum) auch als Ortung verstanden werden.
Bei einer Fahrgastzelle mit zwei Sitzen lassen sich die Mobilgeräte von Fahrer und Beifahrer hinreichend genau mit einer Antenne, die als Antennenarray ausgeprägt sein kann, unterscheiden. Es sind auch Anwendungen in anderen bewegbaren oder vordefinierten Räumen möglich, die zum Beispiel als Bestandteil einer Testanordnung für physiologische Tests für mehrere Versuchspersonen ausgestaltet sein können.
Vorteilhaft kann somit zum Beispiel das dem Fahrer zugehörige Mobilgerät ermittelt werden, das als Kleidungsstück (Wearable, z.B. Smartwatch) ausgeführt sein kann zur Erfassung seiner physiologischen Parameter. Diese können dann zum Beispiel in einem System zur aktiven Beeinflussung des Fahrverhaltens berücksichtigt werden. Hingegen sind die physiologischen Parameter der Mitfahrer für dieses System unbeachtlich.
Optional kann das Verfahren das Empfangen des Radiosignals des Mobilgeräts mit einer zweiten Antenne umfassen. Weiter kann es das Ermitteln einer zweiten Empfangsrichtung des Radiosignals des Mobilgeräts relativ zur Ausrichtung der zweiten Antenne umfassen. Ferner kann es das Ermitteln der Position des Mobilgeräts unter Berücksichtigung der ersten und der zweiten Empfangsrichtung des Radiosignals umfassen.
In diesem Fall kann sich die Ermittlung der Position auf zwei Empfangsrichtungen stützen. Je nach Anordnung der Antennen in dem bewegbaren oder vordefinierten Raum kann damit die Position des Mobilgerätes genauer erfasst werden. So kann aus einer als Trichter ausgebildeten Antennenkeule (Beam) einer Antenne mit Hilfe der Antennenkeule der zweiten Antenne eine Schnittfläche der zwei Antennenkeulen entstehen, in oder bei der sich das Mobilgerät aufhält. Vorteilhaft dafür ist eine Platzierung oder Anordnung der Antennen dergestalt, dass sich die Empfangswinkel beider Antennen signifikant unterscheiden. So ist bei einem Unterschied von ca. 90 Grad die Positionsermittlung genauer als zum Beispiel bei 10 Grad.
Wird zum Beispiel eine Positionsbestimmung von Mobilgeräten innerhalb einer Fahrgastzelle bezogen auf die Sitzposition benötigt, können zumindest drei Antennen angeordnet werden. Hierdurch ergibt sich bei zweckmäßiger Positionierung der Antennen ein Schnittvolumen, das durch die nunmehr drei Antennenkeulen korrespondierend zu den drei Empfangsrichtungen gebildet wird. Durch Berücksichtigung dieser drei Antennenkeulen lässt sich in der Regel hinreichend genau das Mobilgerät einem Sitz in der Fahrgastzelle zuordnen. So kann zum Beispiel das Mobilgerät des Fahrers von den Mobilgeräten der Beifahrer unterschieden werden. Auch in Fahrgastzellen mit auf mehrere Sitzreihen aufgeteilten Sitzen lassen sich so vorteilhaft die Mobilgeräte den Sitzen mit ausreichender Genauigkeit zuordnen. Vorteilhaft sind auch Anordnungen mit vier Antennen, die die Sicherheit oder Zuverlässigkeit der Positionsermittlung weiter erhöhen. Antennen sind zur Erfassung elektromagnetischer Strahlung ausgebildet. Sie sind in vielfachen Bauformen bekannt und können beispielsweise Flächenantennen, Gruppenantennen, lineare Antennen und magnetische Antennen umfassen. Ordnet man zum Beispiel eine Mehrzahl von Antennen geeignet an, kann zusätzlich zur Erfassung der elektromagnetischen Strahlung auch noch die Richtung der Strahlung ermittelt werden.
Dies wird zum Beispiel mit Antennenarrays (Antennenfeldern) erreicht oder Gruppenantennen. Antennenarrays kennzeichnen sich durch eine Mehrzahl einzelner Antennenelemente, die einzeln angesteuert werden. Ein typischer Abstand der Antennenelemente untereinander ist die Hälfte der Wellenlänge (Lambda/2) oder mehr in dem beobachteten Frequenzbereich. Weiter können Antennenanordnungen auch eine Mehrzahl von Antennenarrays umfassen, sodass aus einer Mehrzahl von Richtungen eine Position, zum Beispiel eines Mobilgerätes, genauer erfasst werden kann. Die Antennen sind im bewegbaren oder vordefinierten Raum ortsfest angeordnet. Antennen können auch durch Sensoren unterstützt werden, um gemeinsam der Ortung von Mobilgeräten zu dienen. Im Folgenden werden unter den Abstrahlcharakteristika der Antenneneinheiten beispielsweise unterschiedliche Abstrahlrichtungen (Hauptstrahlrichtungen) verstanden, wie dies in den folgenden Figuren durch die gestrichelten Linien angedeutet ist. In einigen weiteren Ausführungsbeispielen umfasst eine Antenneneinheit 22 mehrere Antennenelemente und die Abstrahlcharakteristika entsprechen unterschiedlichen Strahlformungsmodi mit unterschiedlichen Hauptabstrahlungsrichtungen.
Mobilgeräte 40a, 40b sind üblicherweise mit Kommunikationseinrichtungen zur drahtlosen Übertragung von Daten ausgestattet. Diese umfasst insbesondere auch Funktechnik. So umfassen handelsübliche Mobilgeräte eine Mehrzahl von standardisierten Funktechnologien, die sich zur Datenübertragung eignen. Durch die Standardisierung sind sie mit anderen handelsüblichen Mobilgeräten oder zugehörigen Netzen kompatibel, sodass grundsätzlich eine Datenkommunikation zwischen den Mobilgeräten stattfinden kann. Beispielhaft sind die Standards für den zellularen Mobilfunk wie GSM (Global System for Mobile Communications), UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) und LTE (Long Term Evolution) zu nennen, die für weltweite Verbindungen geeignet sind. Für Nahfeldkommunikation sind WLAN (Wireless Local Area Network), NFC (Near Field Communication), Bluetooth und UWB (Ultra-Breitband-Technologie) als Funkstandards bekannt, die von wenigen Zentimetern bis zu einigen 100 Metern Reichweite kommunizieren können. Allerdings können auch andere Funkstandards oder auch proprietäre Systeme zur Datenübertragung genutzt werden. Die Mobilgeräte können in verschiedenen Größen ausgelegt sein und so genannte Handys oder Mobiltelefone sowie so genannte Tablets und auch andere Größen umfassen. Sie können auch als Uhren, Schmuck, Kleidungsstücke (so genannte Wearables), Brillen, von Menschen oder Tieren verschluckbare Pillen oder andere Gegenstände ausgebildet sein, solange sie per Funk kommunizieren können.
In Ausführungsbeispielen können die Antenneneinheiten an das Funksystem, ein Mobilfunksystem oder Mobilkommunikationssystem 20 angepasst sein, wie beispielsweise Bluetooth, Wireless Local Area Network (WLAN), WirelessFidelity (WiFi), Mobilfunk, etc. Dabei kommen beispielsweise Mobilfunksysteme, die von entsprechenden Standardisierungsgremien, wie z.B. der 3rd Generation Partnership Project (3GPP)-Gruppe, standardisiert werden, in Betracht. Beispielsweise umfassen diese das Global System for Mobile Communications (GSM), Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE), GSM EDGE Radio Access Network (GERAN), das Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) oder das Evolved UTRAN (E-UTRAN), wie z. B. das Universal Mobile Telecommunication System (UMTS), Long Term Evolution (LTE) oder LTE-Advanced (LTE-A), System der fünften Generation (5G) oder auch Mobilfunksysteme anderer Standards, wie z. B. das Worldwide Interoperability for Microwave Access (WIMAX), IEEE802.16 oder Wireless Local Area Network (WLAN), IEEE802.11, sowie generell ein System, das auf einem Zeitbereichsvielfachzugriffsverfahren (auch engl. „Time Division Multiple Access (TDMA)“), Frequenzbereichsvielfachzugriffsverfahren (auch engl. „Frequency Division Multiple Access (FDMA)“), Kodebereichsvielfachzugriffsverfahren (auch engl. „Code Division Multiple Access (CDMA)“), Orthogonalen Frequenzbereichsvielfachzugriffsverfahren (auch engl. „Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA)“) oder einer anderen Technologie bzw. Vielfachzugriffverfahren basiert. Im Folgenden werden die Begriffe Mobilfunksystem, Mobilfunknetz, Mobilkommunikationssystem und Mobilfunknetzwerk synonym benutzt.
Im Folgenden wird angenommen, dass ein solches Mobilfunksystem zumindest einen stationären Sendeempfänger im Sinne einer Basisstation umfasst, der über Anbindung an den leitungsgebundenen Teil des Mobilfunknetzes verfügt. Auf der anderen Seite wird davon ausgegangen, dass das Mobilfunknetz zumindest einen mobilen Sendeempfänger (Mobilfunkendgerät) umfasst, wobei sich der Begriff mobil hier darauf beziehen soll, dass mit diesem Sendeempfänger über die Luftschnittstelle, d. h. kabellos/schnurlos, kommuniziert wird. Ein solcher mobiler Sendeempfänger kann beispielsweise einem tragbaren Telefon, einem Smartphone, einem Tablet-Computer, einem tragbaren Computer, einem Fahrzeug oder einem Funkmodul entsprechen, das nicht zwingend mobil in dem Sinne ist, als dass es sich tatsächlich gegenüber seiner Umgebung bewegt. Der Sendeempfänger kann auch stationär sein (z.B. relativ zu einem Kfz), mit dem Mobilfunknetz jedoch drahtlos kommunizieren. Insofern kann die bereits erwähnte Basisstation einer Basisstation einem der oben erwähnten Standards entsprechen, beispielsweise einer NodeB, einer eNodeB, usw.
In dem Ausführungsbeispiel der 2 befindet sich in dem Raum ein Abschattungsobjekt 30, das die in der Fig. oben gezeigten Signale vom unteren Bereich des Raumes 25 abschattet. Insofern entspricht in dem Ausführungsbeispiel der untere Bereich des vordefinierten Raumes 25 dem Teilbereich zur Versorgung. Die 2 illustriert dabei zwei Ausführungsbeispiele. In dem ersten Ausführungsbeispiel ist die zu versorgende Mobile 40a in dem abgeschatteten Teilbereich angeordnet und somit ist keine Sichtverbindung zwischen der Mobilen 40a und der Sende- und/oder Empfangsantenne 22 vorhanden. Durch das Element 24a, das in diesem Ausführungsbeispiel als Reflektor ausgebildet ist, werden die Signale der Antenne 22 in den abgeschatteten Bereich reflektiert und die Mobile 40a kann mit Funkdiensten versorgt werden. In diesem Ausführungsbeispiel weist der vordefinierte Raum 25 einen Abschattungsbereich bezüglich der zumindest einen Sende- und/oder Empfangsantenne 22 auf und das Nutzen des Elementes 24a erfolgt derart, dass eine Versorgungsqualität des Funksystems 20 in dem Abschattungsbereich erhöht wird.
Die 2 zeigt in einem zweiten Ausführungsbeispiel eine zweite Mobile 40b, die eine direkte Sichtverbindung zur Antenne 22 hat und durch die reflektierten Signale des Elementes 24a gestört würde. Dazu befindet sich ein zweites Element 24b zwischen der zweiten Mobile 24b und dem ersten Element 24a. Das zweite Element 24b ist als Absorptionsfläche ausgebildet und schirmt die Mobile 24b quasi von den reflektierten Signalen ab, sodass diese direkt mit der Antenne 22 kommunizieren kann. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt das Nutzen des Elementes 24b derart, dass in dem vordefinierten Raum durch das Element ein Abschattungsbereich bzgl. der zumindest einen Sende- und/oder Empfangsantenne entsteht (hier hinter dem Element 24b wo sich die zweite Mobile 40b befindet). Die Wirkfläche kann eine Absorptionsfläche oder eine Reflexionsfläche sein.
Die 2 illustriert somit, dass die Wirkfläche des Elementes 24a, 24b in Ausführungsbeispiele eine Absorptionsfläche oder eine Reflexionsfläche sein kann. Manche Ausführungsbeispiele können so eine Verbesserung der Kanalkapazität, eine Senkung der Signalleistung, eine Senkung von Störungen, eine Verbesserung einer Lokalisationsqualität oder auch eine Verbesserung der Belegungszustandsdetektion in dem vordefinierten Raum 25, z.B. in einem Fahrzeug, bewirken. Ausführungsbeispiele schaffen auch ein Fahrzeug, das einen vordefinierten Raum oder Innenraum 25 umfasst.
Ausführungsbeispiele sind dabei nicht auf bestimmte Zugriffstechnologien begrenzt und können beliebige Wireless- und Mobilfunktechnologien (z.B. WLAN IEEE 802.11ad, 5G) verwenden bzw. erweitern. Kennzeichnend für diese Technologien ist u. a. ein höherer Frequenzbereich (im oberen GHz-Bereich), der eine einfachere Umsetzung von Beamforming-Technologien zulässt, da die Wellenlänge geringer ist und damit etwaige Antennenelemente erheblich kleiner werden. Diese sind in den oben genannten Technologien zum Teil bereits standardisiert. In einigen Ausführungsbeispielen ist der vordefinierte Raum ein Fahrzeuginnenraum, beispielsweise innerhalb eines Flugzeuges, eines Zuges, eines Buses oder auch eines Personenkraftwagens. Im Fahrzeuginnenraum besteht nicht immer direkte Sichtverbindung, so dass ein Beam (Strahl) in diesem Fall nicht direkt auf den Empfänger gerichtet werden kann. Diesem Problem kann durch geeignete Reflektorelemente 24a oder Absorptionselemente 24b begegnet werden. Absorptionsflächen können zumindest in manchen Ausführungsbeispielen so ausgeführt sein, dass Vielfachreflexionen und dadurch entstehende Maxima und Minima des elektromagnetischen Feldes reduziert oder sogar minimiert werden. Als Reflektoren können in Ausführungsbeispielen generell leitfähige Flächen eingesetzt werden, beispielsweise metallische Flächen, durch die gezielt Reflexionen hervorgerufen werden.
Dabei kann ein Reflektor (ggf. auch eine Absorptionsfläche) auch auf ein entsprechendes Potential, z.B. ein Referenzpotential eines Fahrzeugs, gebracht oder geschaltet werden. Denkbar wäre auch eine isolierte Reflexions- und/oder Absorptionsfläche. Ein solcher künstlicher Reflektor kann in seiner Geometrie an die Gegebenheiten des jeweiligen Ausführungsbeispiels angepasst sein, beispielsweise kann dieser eben oder auch gewölbt sein und unterscheidet sich eben durch diese geometrische oder auch elektrische Anpassung von natürlichen Reflektoren, die in der Umgebung des Funksystems 20 auftreten. In einigen Ausführungsbeispielen ergibt sich die Beeinflussung der Ausbreitungsbedingungen der Signale des Funksystems gerade durch ein Zusammenspiel zwischen dem zumindest einen künstlich eingebrachten Element und natürlichen Reflektoren und/oder Absorptionsflächen. Absorption von Funkwellen kann durch Materialien mit entsprechend hohen Absorptionskoeffizienten (z.B. durch Ionisierung) und angepasste Oberflächenstrukturen (beispielsweise pyramidenförmige oder kegelförmigen Oberflächenelemente) erreicht werden.
Allgemeine Regeln zu Form und Position können nicht getroffen werden, da diese fahrzeug- und einbauspezifisch bzgl. des Senders oder des Empfängers sind. Die Absorptionsflächen können beispielsweise durch geeignete Absorptionsmaterialien realisiert werden.
3 zeigt eine Übersichtsskizze zu Funkausbreitungsbedingungen in einem Kraftfahrzeug (KFZ)-Innenraum als vordefiniertem Raum 25 mit einem onboard Funksystem 20, das in diesem Ausführungsbeispiel über eine omnidirektionale Antenne 22 verfügt, wie die gestrichelten Linien andeuten. Die folgenden Ausführungsbeispiele zeigen demnach jeweils auch ein Fahrzeug mit einem Funksystem 20 gemäß der obigen Beschreibung. In dem Fahrzeug befinden sich zwei Mobilgeräte UE1, 40a und UE2, 40b. Dabei kommuniziert in diesem Szenario das Mobilgerät 40b auch mit einem weiteren Schnurlosgerät 42a, beispielsweise ein Kopfhörer (Headset, Bluetooth Headset). Es existiert demnach eine parallele Funkverbindung von dem Mobilgerät 40b zu dem Schnurlosgerät 42a. Wie der gestrichelte Pfeil von der Antenne 22 über eine Reflektion an einem der Antenne 22 gegenüberliegenden Ende des Innenraums 25 zeigt, existiert dort ein ungewollter Störpfad oder ein Störsignal. Ein Signal, das zur Kommunikation zwischen der Antenne 22 und dem Mobilgerät 40a gedacht ist, stört demnach die Verbindung zwischen dem Mobilgerät 40b und dem Schnurlosgerät 42a.
Das onboard Funksystem 20 kommuniziert über die Antenne 22 auch mit dem Mobilgerät 40a, das sich hier in der Abschattung eines Sitzes 30a befindet. Wie die Pfeile andeuten, existieren hier drei Pfade, ein erster Pfad verläuft über eine Reflektion an einem der Antenne 22 gegenüberliegenden Ende des Raumes 25, ein zweiter Pfad verläuft über eine Reflektion an einer der Antenne 22 zugewandten Seite des Innenraumes und ein dritter Pfad verläuft durch den Sitz 30a, der eine Dämpfung oder Pfaddämpfung verursacht. Die Kommunikation zu den beiden Mobilgeräten 40a und 40b kann dabei z.B. über WLAN erfolgen und die Kommunikation zwischen dem Mobilgerät 40b und dem Schnurlosgerät 42a über Bluetooth. Durch die gleichzeitige Nutzung von mehreren Funksystemen im gleichen Frequenzband kann es zu Koexistenzproblemen zwischen den Systemen kommen. Wie in der 3 vereinfacht dargestellt, stört die Kommunikation zwischen dem Onboard-Funksystem 20 und UE1 40a durch die gleichmäßige und somit unkontrollierte Signalausbreitung im Fahrzeug Innenraum 25 z.B. die Kommunikation zwischen einem Bluetooth Headset 42a und UE2 40b.
4 zeigt eine Übersichtsskizze zu Funkausbreitungsbedingungen und Abdeckungsbereichen in einem KFZ-Innenraum unter Verwendung von Strahlformung. 4 illustriert die gleichen Komponenten wie die 3. In der 4 ist die Sende- und/oder Empfangsantenne 22 als Beamforming- oder Strahlformungsantenne ausgebildet, und bietet die Möglichkeit zwischen verschiedenen Vorzugsrichtungen (Beams) beim Empfang bzw. beim Senden auszuwählen, wie dies die Antennenkeulen rund um die Antenne 22 in der 4 andeuten. Durch Auswahl des schraffierten Strahls oder Beams, kann die Sendeleistung in Richtung der Pfade des ersten Mobilgerätes 40a gelenkt werden und weg von den Pfaden in Richtung des Mobilgerätes 40b und des Schnurlosgerätes 42a. Insofern kann durch Strahlformung eine Störung reduziert, bzw. ein Signal-zu-Störungs-Verhältnis je nach ausgewähltem Strahl verbessert werden. Durch die Nutzung von Beamforming-Systemen kann die Störung der BT-Headset-UE2 40b, 42a Kommunikation zumindest teilweise reduziert werden.
5 illustriert eine Übersichtsskizze zu Funkausbreitungsbedingungen und Abdeckungsbereichen in einem KFZ-Innenraum unter Verwendung von Strahlformung und zwei Reflektoren, ein natürlicher Reflektor und eine künstlicher Reflektor 24a, in einem Ausführungsbeispiel. Die 5 zeigt ein ähnliches Szenario wie die beiden 3 und 4. Nutzsignalpfade sind durch durchgezogene Pfeile gekennzeichnet und Störsignale sind durch gestrichelte Pfeile gekennzeichnet. In dem Ausführungsbeispiel der 5 wird der Reflektor 24a verwendet um eine gezielte Reflektion zu erzeugen, sodass sich das Nutzsignal insgesamt aus dem unten reflektierten Pfad, dem oben reflektierten Pfad und dem gedämpften Pfad über den Sitz 30a ergibt. Die reflektierten Pfade erfahren dabei durch die Reflexion ebenfalls eine gewisse Dämpfung, die durch Einbringen des Reflektors 24a jedoch kontrollierbarer gemacht werden kann. Für die Störsignale bzgl. des zweiten Mobilgerätes 40b und des Schnurlosgerätes 42a ergeben sich ähnliche Verhältnisse wie bereits anhand der 4 beschrieben. Durch die kombinierte Nutzung von Beamforming-Systemen und Reflektoren 24a kann die Störung der BT-Headset-UE2-Kommunikation (40b, 42a) wesentlich effektiver reduziert werden, da das Onboard-Funksystem 20 die Signalleistung reduziert (z.B. aufgrund guter Reflexionseigenschaften des Reflektors 24a), somit reduziert sich der Störsignaleinfluss weiter. Zusätzlich kann die Kanalkapazität (Datenrate) damit verbessert werden.
6 zeigt eine Übersichtsskizze zu Funkausbreitungsbedingungen und Abdeckungsbereichen in einem KFZ-Innenraum 25 unter Verwendung von Strahlformung und zwei Reflektoren 24a, 24c in einem Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt ein Nutzen mehrerer Elemente 24a, 24c mit Wirkflächen zur Unterteilung des vordefinierten Raumes 25 in Funkversorgungsteilbereiche oder Sektoren 26a, 26c. Ergänzend oder alternativ kann auch ein Betreiben mehrerer Antennen zur Selektion oder Strahlformung durchgeführt werden. In dem Ausführungsbeispiel der 6 stellt die Strahlformungsantenne 22 mehrere Abstrahlrichtungen bereit, wie es bereits oben erläutert wurde. Durch gezieltes Ansteuern der Strahlen ergeben sich für die unterschiedlichen Strahlen oder Beams unterschiedliche Ausleuchtungsbereiche, die auch als Sektoren 26a, 26c (Sektor A, Sektor B) bezeichnet werden. Durch die Kombination aus Beamforming und Reflektor-Platzierung im Fahrzeug entstehen funktechnisch getrennte Bereiche/Sektoren, die eine verbesserte Störsignalsituation ermöglichen. Der vordefinierte Raum 25 entspricht beispielsweise einem Innenraum eines Fahrzeugs und der Teilbereich kann einem Sitzplatz in dem Innenraum des Fahrzeugs entsprechen. Insofern können die einzelnen Sitzplätze dann mit Funksignalen der gleichen Frequenz gleichzeitig versorgt werden und damit die Effizienz des Systems erhöht werden. Es ergibt sich ein räumlich getrennter Vielfachzugriff (auch engl. Spatial Division Multiple Access) für die einzelnen Sektoren 26a, 26c, die beispielsweise auf die Sitzplätze oder auch Sitzplatzgruppen (z.B. in größeren Transportmitteln wie Zügen oder Flugzeugen) ausgerichtet werden können. Das Funksystem 20 kann demnach ausgebildet sein, um zwei oder mehr Sitzplätze des Fahrzeugs unter Verwendung der gleichen Frequenz-und Zeitressourcen zu versorgen.
7 zeigt einen in einem Dachbereich eines Fahrzeuginnenraums 25 montierten Reflektor 24a in einem weiteren Ausführungsbeispiel. Die 7 zeigt den Fahrzeuginnerraum 25 in einer Seitenansicht, mit dem Funksystem 20, der Strahlformungsantenne 22, dem Reflektor 24a am Dach und zwei abschattenden Sitzplätzen 30a und 30b. Ein Mobilgerät 40a befindet sich zwischen den beiden Sitzen 30a, 30b und wird über eine Reflektion am Dachreflektor 24a mit den Funksignalen des Funksystems 20 versorgt. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt ein Nutzen des Elementes 24a innen am Dach des Fahrzeugs.
8 illustriert ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Funksystems 20 mit zwei Reflektoren 24a, 24c an der B-Säule eines Fahrzeugs. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt ein Nutzen des Elementes 24a oder 24c an einer B-Säule des Fahrzeugs. Die 8 zeigt einen Fahrzeuginnenraum mit fünf Sitzen 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, die als abschattende Elemente wirken. Darüber hinaus sind in dem KFZ-Innenraum 25 vier Sende- und/oder Empfangsantennen 22a, 22b, 22c und 22d angeordnet, die jeweils über mehrere Strahlformungsoptionen (Beams) verfügen. Durch Auswählen (Umschalten) der verschiedenen Richtungen können so mobile Sendeempfänger gezielt angesprochen werden und Störungen (Interferenz) unterdrückt werden. Beim Empfang können Signale aus den Vorzugsrichtungen empfangen werden, Störleistungen, die aus anderen Richtungen kommen, können so reduziert oder unterdrückt werden. Durch den Einsatz der Reflektoren 24a, 24c im FZG Innenraum 25 werden so künstliche und gewollte Reflexionen hervorgerufen. Diese könnten zur einer feineren Detektion des Belegungszustandes genutzt werden ohne dass zusätzliche Antenneneinheiten (auch engl. Antenna Units, AUs) eingebaut werden. Durch die zusätzlichen Pfade, die durch die Reflektoren 24a, 24c vorhersagbar in den Raum 25 eingebracht werden, ergeben sich auch zusätzliche Detektionsmöglichen für die Belegungsdetektion. Dabei können die einzelnen Kombinationen der Strahlen der Antenneneinheiten durchiteriert und Dämpfungen auf bestimmten Pfaden detektiert werden. Aus den Dämpfungen lässt sich dann die Sitzplatzbelegung bestimmen.
9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Funksystems mit einer Absorptionsfläche 24b. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Antenneneinheit 22 vorne im Innenraum 25 angebracht und verfügt wieder über mehrere Abstrahlrichtungen (Beams). Im hinteren Bereich des Innenraums befinden sich zwei Reflektoren 24a und 24c, die sich ergebenden Reflexionen sind mit gestrichelten Linien eingezeichnet. Insgesamt lassen sich die beiden Sektoren 26a, 26b bilden, in deren Abdeckungsbereichen sich die beiden Mobilgeräte 40a und 40b befinden. Wie die 9 weiter darstellt, wird die Reflexion an der Absorptionsfläche 24b stark gedämpft, sodass über diese Abstrahlrichtung in diesem Ausführungsbeispiel der Beifahrersitz versorgt werden kann, ohne den Sektor 26a wesentlich zu stören.
In diesem Ausführungsbeispiel ist beispielhaft dargestellt wie diese Strategie auch bei der Lokalisierung von mobilen Funkeinheiten 40a, 40b (UEs) verwendet werden kann um die Lokalisierungsqualität gegenüber den konventionellen Ansätzen zu steigern. Bei diesem Ausführungsbeispiel befindet sich das Mobilegerät 40b UE2 außerhalb des FZG und wird über die beiden unteren schraffierten Beam-Einstellungen (Funkabstrahlrichtungseinstellungen) besonders gut empfangen. Durch eine initiale Kalibrationsmessung und der gemessenen Empfangscharakteristik aller Beams zusammen mit der Reflektorimplementierung wird die Lokalisation auf den Seltor 26b beschränkt, der außerhalb des Innenraums 25 liegt. U.U. könnten auch noch weitere Absorptionsflächen implementiert werden um ungewollte Reflektionen zur dämpfen und so die Sektoren stärker zu differenzieren.
Bei der Lokalisierung des Mobilgerätes 40a wird hier zur besseren Qualität die Absorptionsfläche 24b genutzt um die Signalleistungsanteile des Empfangssignals, die durch ungewollte Reflektionen entstehen, zu dämpfen. Dies kann die Eindeutigkeit der Positionsschätzung verbessern.
10 illustriert ein Ausführungsbeispiel einer Antenneneinheit 22 zur Strahlformung. 10 zeigt auf der linken Seite ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Funksystems 20. Das Funksystem umfasst zwei Antennenelemente 22a und 22b einer Antenneneinheit 22. Die Antenneneinheit 20 umfasst ferner zwei Phasenschieber 28a und 28b, über die die Phasen der Signale von den Antennenelementen 22a und 22b modifizierbar sind. Die 10 illustriert den Empfangsfall, der Sendefall gestaltet sich analog in umgekehrter Übertragungsrichtung. In einem Summierer 29 werden die Signale dann addiert, wobei es je nach relativer Phasenlage zu konstruktiver und/oder destruktiver Überlagerung kommen kann. Basierend auf dem Summensignal kann dann ein Leistungsmaß für das Empfangssignal bestimmt werden. Im Ausführungsbeispiel der 10 geschieht dies durch die Komponente 32, die einen Receive Signal Strength Indikator (Empfangssignalleistungsindikator) bestimmt. In Abhängigkeit der Phasenschiebereinstellungen kann nun diejenige Phaseneinstellung ermittelt werden, für die sich ein hoher oder sogar der höchste RSSI-Wert ergibt.
Dies entspricht dann einer räumlichen Abstrahlcharakteristik, die neben der relativen Phaseneinstellung auch von der geometrischen Anordnung der Antennenelemente abhängt. Das Ausführungsbeispiel der 10 zeigt die Phasenschieber integriert in das Funksystem 20. In weiteren Ausführungsbeispielen ist es auch denkbar, dass die Phasenschieber außerhalb der Vorrichtung 20 angeordnet sind. Die Phasenschieber 28a, 28b können auch über einen diskreten Wertebereich verfügen, d.h. eine gewisse vordefinierte Anzahl von Phasenwerten kann dort eingestellt werden. Darüber hinaus können die Phasenschieber auch zusammengefasst werden, sodass vordefinierte relative Phaseneinstellungen zwischen den Antennenelementen ausgewählt werden können. Dies kann in Ausführungsbeispielen analog oder digital erfolgen. Beispielsweise kann eine Butler-matrix (analoge Phaseneinstellungen im Hochfrequenzbereich) dazu eingesetzt werden, vordefinierte Antennenkeulen auszuwählen.
10 zeigt in der Mitte ein Blockdiagramm einer Antenneneinheit 22 (auch engl. Antenna Unit (AU)) in einem Ausführungsbeispiel, die zumindest zwei Antennenelemente umfasst. Die Antenneneinheit 22 erlaubt eine Auswahl zwischen mehreren Hauptabstrahlrichtungen, wobei in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Hauptabstrahlrichtung 23 als ausgewählt gilt. 10 illustriert eine vereinfachte Darstellung der Empfangs-/Richtcharakteristiken. Diese entstehen durch die Kombination der phasenverschobenen Empfangssignale. Für diesen Zweck wird ein Phasenschieber zwischen Antennenausgang und Koppler implementiert. Bei der vereinfachten Darstellung der Empfangs-/Richtcharakteristik erfolgt die Kombination der Empfangssignale über eine spezifische Phasenschiebereinstellung. Mit dieser Richtungsabhängigkeit wird eine Empfangsrichtung detektiert, die zur Lokalisierung von Sendern im Fahrzeug (FZG) Innenraum (u.U. auch außerhalb des FZG) genutzt wird bzw. werden kann.
Durch Auswählen (Umschalten) der verschiedenen Richtungen können so mobile Sendeempfänger gezielt angesprochen werden und Störungen (Interferenz) unterdrückt werden. Beim Empfang können so Signale aus den Vorzugsrichtungen empfangen werden, Störleistungen, die aus anderen Richtungen kommen, können so reduziert oder unterdrückt werden.
In einem Ausführungsbeispiel können für die Antenneneinheiten 22 demnach verschiedene Betriebsmodi gewählt werden. Z.B. kann der erste Betriebsmodus Senden und der zweite Betriebsmodus Empfangen sein. Eine Antenneneinheit wird dann zum Senden verwendet und ein oder mehrere zweite Antenneneinheiten zum Empfangen. Beispielsweise weist die erste Antenneneinheit die in 10 gezeigten Abstrahlcharakteristika auf, die dann durchvariiert werden und die Übertragungseigenschaften zur zweiten Antenneneinheit hin beeinflussen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der zweite Betriebsmodus Senden und der erste Betriebsmodus Empfangen sein. Die zwei Antenneneinheit wird dann zum Empfangen verwendet und die erste Antenneneinheit zum Senden. Beispielsweise weist die erste Antenneneinheit die in 10 gezeigten Abstrahlcharakteristika (jetzt Empfangscharakteristika) auf, die dann durchvariiert werden und die Übertragungseigenschaften von der zweiten Antenneneinheit weg beeinflussen.
Insofern können Ausführungsbeispiele durch die eingebrachte Wirkfläche auch eine Kalibrierung oder Charakterisierung einer Mehrzahl von Antenneneinheiten begünstigen, die dann später beispielsweise für eine Belegungsdetektion verwendet werden können.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist ein Kraftfahrzeug oder ein Fahrzeug allgemein mit einem Funksystem 20 oder das ausgebildet ist, um ein hierin beschriebenes Verfahren auszuführen.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-Ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einer programmierbaren Hardwarekomponente derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird.
Eine programmierbare Hardwarekomponente kann durch einen Prozessor, einen Computerprozessor (CPU = Central Processing Unit), einen Grafikprozessor (GPU = Graphics Processing Unit), einen Computer, ein Computersystem, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC = Application-Specific Integrated Circuit), einen integrierten Schaltkreis (IC = Integrated Circuit), ein Ein-Chip-System (SOC = System on Chip), ein programmierbares Logikelement oder ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor (FPGA = Field Programmable Gate Array) gebildet sein.
Das digitale Speichermedium kann daher maschinen- oder computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem oder einer programmierbare Hardwarekomponente derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Ein Ausführungsbeispiel ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Programm, Firmware, Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode oder als Daten implementiert sein, wobei der Programmcode oder die Daten dahin gehend wirksam ist bzw. sind, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft. Der Programmcode oder die Daten kann bzw. können beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger oder Datenträger gespeichert sein. Der Programmcode oder die Daten können unter anderem als Quellcode, Maschinencode oder Bytecode sowie als anderer Zwischencode vorliegen.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Bezugszeichenliste

12: Betreiben zumindest einer Sende/Empfangsantenne
14: Nutzen eines Elementes mit einer Wirkfläche
20: Funksystem
22, 22a-d: Sende- und/oder Empfangsantenne, Antenneneinheit
23: Beam, Strahl
24a-c: Elemente mit Wirkfläche (Reflexionsfläche/ Absorptionsfläche)
25: vordefinierter Raum, Innenraum eines Fahrzeugs
26a-c: Sektoren
27: Sendeempfänger
28a,b: Phasenschieber
29: Summierer, Summierglied
30,30a-e: Abschattungsobjekt, Sitzplätze
40a,b: Mobilgerät
42a: Schnurlosgerät

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Funksystems (20) in einem vordefinierten Raum (25), mit Betreiben (12) zumindest einer Strahlformungsantenne in dem vordefinierten Raum (25) zur Versorgung zumindest eines Teilbereiches des vordefinierten Raumes (25); Nutzen (14) zumindest eines Elementes (24a; 24b) mit einer Wirkfläche in dem vordefinierten Raum (25) unter Berücksichtigung des Teilbereiches zur Versorgung, wobei die Wirkfläche des Elementes (24a; 24b) die Ausbreitungsbedingungen von Signalen des Funksystems (20) beeinflusst; wobei ein Nutzen mehrerer Elemente (24a; 24b) mit Wirkflächen zur Unterteilung des vordefinierten Raumes (25) in Sektoren (26a; 26c) erfolgt, und wobei sich ein räumlich getrennter Vielfachzugriff für die einzelnen Sektoren (26a; 26c) ergibt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Wirkfläche eine Absorptionsfläche (24b) oder eine Reflexionsfläche (24a) ist.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der vordefinierte Raum (25) einen Abschattungsbereich bezüglich der zumindest einen Strahlformungsantenne aufweist und das Nutzen des Elementes (24a; 24b) derart erfolgt, dass eine Versorgungsqualität des Funksystems (20) in dem Abschattungsbereich erhöht wird.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Nutzen des Elementes (24a; 24b) derart erfolgt, dass in dem vordefinierten Raum (25) durch das Element (24a; 24b) ein Abschattungsbereich bzgl. der zumindest einen Strahlformungsantenne entsteht.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Funksystem (20) ein Bluetooth-System oder ein Wireless Local Area Network-System ist.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der vordefinierte Raum (25) einem Innenraum eines Fahrzeugs entspricht.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei der Teilbereich einem Sitzplatz (30a; 30b; 30c; 30d; 30e) in dem Innenraum des Fahrzeugs entspricht.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, mit Nutzen des Elementes (24a; 24b) innen am Dach des Fahrzeugs.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, mit Nutzen des Elementes (24a; 24b) an einer B-Säule des Fahrzeugs.
Computerprogramm zur Durchführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wenn das Computerprogramm auf einem Computer, einem Prozessor, oder einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft.
Funksystem (20) zur Versorgung eines vordefinierten Raumes (25) mit Funkdiensten, umfassend zumindest eine Strahlformungsantenne in dem vordefinierten Raum (25) zur Versorgung zumindest eines Teilbereiches des vordefinierten Raumes (25); zumindest ein Element (24a; 24b) mit einer Wirkfläche, die die Ausbreitungsbedingungen von Signalen des Funksystems (20) beeinflusst, wobei das zumindest eine Element (24a; 24b) in dem vordefinierten Raum (25) unter Berücksichtigung des Teilbereiches zur Versorgung angeordnet ist; wobei mehrerer Elemente (24a; 24b) mit Wirkflächen in dem vordefinierten Raum (25) zur Unterteilung des vordefinierten Raumes (25) in Sektoren (26a; 26c) angeordnet sind, und wobei sich ein räumlich getrennter Vielfachzugriff für die einzelnen Sektoren (26a; 26c) ergibt.
Funksystem (20) gemäß Anspruch 11, wobei die Wirkfläche eine Absorptionsfläche (24b) oder eine Reflexionsfläche (24b) ist, und/oder wobei das Funksystem (20) ein Bluetooth-System oder Wireless Local Area Network-System ist.
Funksystem (20) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 12, das ausgebildet ist, um zwei oder mehr Sitzplätze eines Fahrzeugs unter Verwendung der gleichen Frequenz-und Zeitressourcen zu versorgen, wobei die Sektoren (26a; 26c) auf die Sitzplätze oder auf Sitzplatzgruppen ausgerichtet sind.
Fahrzeug mit einem Funksystem (20) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13.