DE102018205351A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Anpassung mindestens eines Parameters eines Kommunikationssystems - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zur Anpassung mindestens eines Parameters eines Kommunikationssystems (100) zwischen zwei Teilnehmern, wobei mindestens ein Parameter in Abhängigkeit einer geschätzten zukünftigen Kanalqualität geändert wird, wobei die Vorrichtung (1) derart ausgebildet ist, dass mindestens eine aktuelle Position eines mobilen Teilnehmers zu einem Zeitpunkt erfasst oder ermittelt wird und anhand der aktuellen Position und eines Umfeldmodells (3) eine zukünftige Position und Umgebung geschätzt werden, wobei daraus die Kanalqualität für einen zukünftigen Zeitpunkt geschätzt wird, wobei aufgrund der Schätzung mindestens ein Parameter des Kommunikationssystems (100) eingestellt wird, wobei das Kommunikationssystem (100) derart ausgebildet ist, eine OFDM-Modulation durchzuführen, wobei der mindestens eine Parameter ein zyklischer Präfix (CP) eines Sendesymbols ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung mindestens eines Parameters eines Kommunikationssystems zwischen zwei Teilnehmern, wobei mindestens ein Teilnehmer mobil ist.
  • Aus der DE 10 2015 214 968 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Anpassung mindestens eines Parameters eines Kommunikationssystems zwischen zwei Teilnehmern bekannt, wobei mindestens ein Teilnehmer mobil ist. Dabei wird zu einem Zeitpunkt eine aktuelle Position des mobilen Teilnehmers ermittelt und anhand der aktuellen Position mittels eines Umfeldmodells eine Kanalqualität für einen zukünftigen Zeitpunkt geschätzt. Dabei wird aufgrund der Schätzung mindestens ein Parameter des Kommunikationssystems eingestellt.
  • Ein ähnliches Verfahren ist aus der US 7,840,220 B2 bekannt, wo Parameter aufgrund der Position sowie statistischen Kanaleigenschaften an der Position eingestellt werden.
  • Für die Übertragung von Nachrichten über eine Luftschnittstelle (z.B. eine LTE-Verbindung Long Term Evolution) werden die Nachrichten beispielsweise vor dem Senden in Symbole aufgeteilt, sodass jede Nachricht aus mehreren Symbolen besteht. Diese Symbole werden dann beispielsweise mit Hilfe einer OFDM-Modulation (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) übertragen. Nachdem ein Symbol gesendet wurde, muss eine bestimmte Zeit gewartet werden, bis ein nächstes Symbol gesendet werden kann. Die Pause ist wichtig, damit Reflexionen der Funkwellen an Hindernissen nicht das nächste Funksignal beeinflussen. Diese Pausenzeiten werden typischerweise durch einen zyklischen Präfix (cyclic prefix CP) realisiert. Dabei wird ein Ende des Symbols dem eigentlichen Symbol vorangestellt. Die Länge des zyklischen Präfixes ist dabei einstellbar. Gibt es Übertragungsfehler, so kann beispielsweise die Länge des CP vergrößert werden.
  • Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zur Anpassung mindestens eines Parameters eines Kommunikationssystems zwischen zwei Teilnehmern weiter zu verbessern sowie eine hierfür geeignete Vorrichtung zu schaffen.
  • Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch ein Verfahre mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Das Verfahren zur Anpassung mindestens eines Parameters eines Kommunikationssystems zwischen zwei Teilnehmern, wobei mindestens ein Teilnehmer mobil ist, umfasst die Verfahrensschritte, dass zu einem Zeitpunkt eine aktuelle Position des mobilen Teilnehmers ermittelt wird und anhand der aktuellen Position mittels eines Umfeldmodells eine zukünftige Position und Umgebung geschätzt wird, wobei daraus eine Kanalqualität geschätzt wird. Aufgrund der Schätzung der Kanalqualität wird mindestens ein Parameter des Kommunikationssystems eingestellt, wobei das Kommunikationssystem eine OFDM-Modulation verwendet, wobei der mindestens eine Parameter ein zyklischer Präfix eines Sendesymbols ist. Hierdurch kann eine signifikante Effizienzsteigerung bei der Datenübertragung erreicht werden.
  • In einer Ausführungsform wird zusätzlich eine Abtastrate (sampling rate) der Modulation angepasst, was die Übertragungseigenschaften weiter verbessert.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird die Kanalqualität anhand eines geschätzten K-Faktors geschätzt, wobei der Schwellwert größer 1 ist, die Länge des zyklischen Präfixes auf ein Minimum gesetzt wird. Vorzugsweise ist der Schwellwert ≥ 3. Sehr große K-Faktoren bedeuten geringe Reflexionsanteile, d.h. der zyklische Präfix ist kaum oder gar nicht notwendig, sodass die Bandbreite voll für die Symbole genutzt werden kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird bei einem K-Faktor innerhalb eines Bereiches um 1 die Länge des zyklischen Präfixes auf ein Maximum einer Verzögerung einer Reflexionskomponente gesetzt, wenn nur eine oder mehrere vorbekannte Reflexionskomponenten geschätzt werden. Der Bereich liegt beispielsweise bei 0,5 < K < 1,5. In diesem Fall liegen die Reflexionen in der Größenordnung der direkten Leistung (Line of Light LOS). Da diese aber vorbekannt bzw. markiert sind aus der Schätzung, kann durch die Verlängerung des zyklischen Präfixes CP die Übertragungsqualität verbessert werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:
    • 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Anpassung mindestens eines Parameters eines Kommunikationssystems und
    • 2 ein schematisches Blockschaltbild einer Einheit zur Schätzung eines zyklischen Präfixes und einer Abtastrate.
  • In der 1 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 1 zur Anpassung mindestens eines Parameters eines Kommunikationssystems 100 dargestellt. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Einrichtung zur Umfelderfassung 2, ein Umfeldmodell 3 zur Schätzung eines zukünftigen Umfelds, eine Einheit 4 zum Schätzen von Parametern eines Kanals und eine Einheit 5 zum Einstellen der Parameter des Kanals, die dann an das Kommunikationssystem 100 weitergegeben werden. Die Einrichtung zur Umfelderfassung 2 umfasst eine Vielzahl von Sensoriken wie beispielsweise Kameras, Radarsensoren, Lidarsensoren, Ultraschallsensoren etc., mittels derer Objekte und deren Eigenschaften ermittelt werden, insbesondere deren Reflexionsverhalten. Die Einrichtung zur Umfelderfassung 2 weist auch Mittel auf, um die Position zu ermitteln (z.B. ein GPS-Empfänger). All diese erfassten Daten D werden zusammen mit einer Toleranz T an das Umfeldmodell 3 übergeben. Die Toleranz T gibt dabei an, wie zuverlässig die ermittelten Daten sind. Diese Daten D und deren Toleranzen T können auch anderen Systemen 200 übermittelt werden, beispielsweise Systemen zum automatisierten Fahren. Des Weiteren erhält das Umfeldmodell 3 auch die Geschwindigkeit und einen Bewegungsvektor des Teilnehmers (z.B. eines Kraftfahrzeugs, in dem die Vorrichtung 1 angeordnet ist). Diese können dem Umfeldmodell 3 direkt übermittelt werden oder aber die Einrichtung zur Umfelderfassung 2 übermittelt diese. Des Weiteren kann das Umfeldmodell 3 Position und Bewegungsvektor eines weiteren Teilnehmers erhalten, mit dem Kommunikation durchgeführt wird. Dabei sei angemerkt, dass die Einrichtung zur Umfelderfassung 2 auch Bewegungsvektoren von Objekten gegebenenfalls erfassen kann (beispielsweise den beabsichtigten Fahrtweg eines Kraftfahrzeugs, der über Car2x-Daten übermittelt wird).
  • Das Umfeldmodell ermittelt nun aus all diesen Daten unter Zuhilfenahme von digitalen Straßenkarten oder ähnlichen Daten, wie sich das Umfeld zu einem zukünftigen Zeitpunkt darstellt, wobei der zukünftige Zeitpunkt im Sekundenbereich liegt, beispielsweise 1 bis 5 Sekunden. Diese Daten D1 sowie deren Toleranzen T1 werden dann der Einheit 4 zum Schätzen von Parametern eines Kanals übermittelt. Gleichzeitig können diese Daten D1 und Toleranzen auch dem anderen System 200 übermittelt werden.
  • Die Einheit 4 umfasst mindestens ein Modul 6 zur Ermittlung der Länge eines zyklischen Präfixes CP. Zusätzlich kann die Einheit 4 noch ein oder mehrere Module 7 zur Ermittlung weiterer Parameter des Kommunikationssystems 100 aufweisen. Das Modul 6 ermittelt dann eine Länge eines zyklischen Präfixes CP sowie eine Abtastrate AR, die für den zukünftigen Zeitpunkt am geeignetsten erscheinen und übermittelt diese an die Einheit 5. Entsprechend liefert das Modul 7 Parameter an die Einheit 5, die dann diese Parameter für das Kommunikationssystem 100 einstellt. Dabei kann vorgesehen sein, dass zusätzlich eine weitere Verbindung 8 von der Einheit 4 zur Einheit 5 existiert, über die weitere Informationen übertragen werden. Alternativ oder zusätzlich kann optimal auch eine Verbindung 9 von der Einheit 5 zurück zur Einheit 4 existieren, um Informationen auszutauschen. Auch kann eine Rückkopplung 10 von der Einheit 4 zum Umfeldmodell 3 vorgesehen sein.
  • Die Funktionsweise des Moduls 6 wird nun anhand der 2 näher erläutert. Das Modul 6 umfasst eine Einheit 11, die drei Teilmodule 12-14 aufweist sowie eine Einheit 15 zur Bestimmung eines Szenariums. Weiter umfasst das Modul 6 eine Einheit 16 zur Schätzung eines K-Faktors.
  • In Abhängigkeit von dem geschätzten K-Faktor sowie der Toleranz der Schätzung findet dann die Bestimmung einer Länge des zyklischen Präfixes CP sowie die Festlegung einer Abtastrate AR statt, wobei dies in Form eines Flussdiagramms dargestellt ist. Dies wird später noch näher erläutert. Zunächst soll aber die Wirkungsweise der Einheiten 11, 15 und 16 näher beschrieben werden. Den drei Teilmodulen 12-14 sowie der Einheit 15 werden jeweils die Daten D1 und die Toleranz T1 zugeführt. Dabei wird in dem Teilmodul 12 die direkte Leistung LOS zwischen den Teilnehmern geschätzt, also wieviel Leistung ohne Reflexionen empfangen wird. In dem Teilmodul 13 wird hingegen die reflektierte Leistung RP geschätzt. Schließlich wird in dem Teilmodul 14 geschätzt, wie groß die Verzögerung der reflektierten Signale ist. Die ermittelten Werte und deren Toleranzen werden dann der Einheit 16 übermittelt. Zusätzlich schätzt die Einheit 15 ein zukünftiges Szenarium ab, beispielsweise ob sich der Teilnehmer (z.B. Kraftfahrzeug) im dichten Stadtverkehr befindet oder auf einer freien Autobahn. Auch dies wird an die Einheit 16 mit einer Toleranz übermittelt, wobei die Toleranzen jeweils gestrichelt dargestellt sind. Aus diesen Daten unter Berücksichtigung der Toleranzen kann dann die Einheit 16 einen K-Faktor für die jeweiligen Sende- oder Empfangszyklen schätzen.
  • Nachfolgend wird nun erläutert, wie in Abhängigkeit des geschätzten K-Faktors die Länge des zyklischen Präfixes CP eingestellt wird. Dies wird anhand ausgewählter Werte für den K-Faktor erläutert. Zunächst wird Schritt S1 abgefragt, ob der K-Faktor >> 1 ist, also größer als ein Schwellwert von beispielsweise 5 oder 10. Ist dies der Fall, so bedeutet dies, dass die Reflexionen vernachlässigbar sind. In diesem Fall ist aber ein zyklischer Präfix CP nicht notwendig, sodass in einem Schritt S2 die Länge des zyklischen Präfixes CP auf ein Minimum (im Extremfall auf 0) gesetzt werden kann und zusammen mit einer passenden Abtastrate AR an eine Ausgabeeinheit 17 übergeben werden kann.
  • Ergibt hingegen die Abfrage bei S1, dass der K-Faktor ≈ 1 ist, d.h. in einem Bereich um die 1 liegt (z.B. 0,5 < K-Faktor < 1,5), so ist eine Fallunterscheidung in einem Schritt S3 vorzunehmen. Gibt es nur eine dominante Reflexionskomponente in einem Übertragungsintervall, so kann durch Verlängerung des zyklischen Präfixes CP die Empfangsqualität verbessert werden und das übertragene Symbol sicher erkannt werden. Hierzu wird die Länge des zyklischen Präfixes CP in einem Schritt S4 auf die maximale Verzögerung der dominanten Reflexionskomponente verlängert. Werden hingegen mehrere Reflexionskomponenten erwartet, wird in einem Schritt S5 abgefragt, ob diese Reflexionskomponente als auflösbar bzw. unterscheidbar klassifiziert sind. Ist dies der Fall, so kann wieder die Länge des zyklischen Präfixes CP auf die maximale Verzögerung der Reflexionskomponenten eingestellt werden. Ansonsten werden diese als unterscheidbar bzw. auflösbar in Schritt S6 markiert und in einem Schritt S7 eine hierzu notwendige Abtastrate geschätzt, die dann in einem Schritt S8 an die Einheit 5 übergeben wird. Eine weitere Möglichkeit ist, dass der K-Faktor zwar ≈ 1 ist, aber in einem speziellen Intervall keine Reflexionen erwartet werden. Ein solches Intervall wird in einem Schritt S9 als „freies Intervall“ gekennzeichnet und in einem Schritt S8 an die Einheit 5 weitergegeben. In Fällen, wo der K-Faktor << 1 ist, dominiert also die Leistung der Reflexionskomponenten. Diese Fälle können wie k ≈ 1 mit mehreren Komponenten behandelt werden, wobei zusätzlich ein Flag gesetzt wird, das keine direkte Leistung LOS (Line of Sight) zu erwarten ist. Es versteht sich, dass bei Zwischenwerten zwischen K ≈ 1 und K >> 1 die Länge des zyklischen Präfixes CP entsprechend verringert werden kann.
  • Weiter sei angemerkt, dass die Einheiten bzw. Module 11-16 nicht zwingend nur dem Modul 6 zugeordnet sind. Vielmehr ist es auch möglich, dass diese als vorgeordnete separate Einheiten ausgebildet sind, deren Daten sowohl dem Modul 6 als auch dem Modul 7 übermittelt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015214968 A1 [0002]
    • US 7840220 B2 [0003]

Claims (6)

  1. Verfahren zur Anpassung mindestens eines Parameters eines Kommunikationssystems (100) zwischen zwei Teilnehmern, wobei mindestens ein Teilnehmer mobil ist, wobei zu einem Zeitpunkt eine aktuelle Position des mobilen Teilnehmers ermittelt wird und anhand der aktuellen Position mittels eines Umfeldmodells (3) eine zukünftige Position und Umgebung geschätzt wird, wobei daraus eine Kanalqualität für einen zukünftigen Zeitpunkt geschätzt wird, wobei aufgrund der Schätzung mindestens ein Parameter des Kommunikationssystems (100) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationssystem (100) eine OFDM-Modulation verwendet, wobei der mindestens eine Parameter ein zyklischer Präfix (CP) eines Sendesymbols ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Abtastrate (AR) als Parameter eingestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalqualität anhand eines geschätzten K-Faktors geschätzt wird, wobei der K-Faktor das Verhältnis angibt zwischen der direkten Leistung (LOS) zwischen den Teilnehmern und der über Reflexionen empfangenen Leistung (RP).
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschätzten K-Faktoren größer einem Schwellwert, wobei der Schwellwert größer 1 ist, die Länge des zyklischen Präfix (CP) auf ein Minimum gesetzt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem K-Faktor innerhalb eines Bereiches um 1 die Länge des zyklischen Präfixes auf ein Maximum der Verzögerung einer Reflexionskomponente gesetzt wird, wenn nur eine oder mehrere vorbekannte Reflexionskomponenten geschätzt werden.
  6. Vorrichtung (1) zur Anpassung mindestens eines Parameters eines Kommunikationssystems (100) zwischen zwei Teilnehmern, wobei mindestens ein Parameter in Abhängigkeit einer geschätzten zukünftigen Kanalqualität geändert wird, wobei die Vorrichtung (1) derart ausgebildet ist, dass mindestens eine aktuelle Position eines mobilen Teilnehmers zu einem Zeitpunkt erfasst oder ermittelt wird und anhand der aktuellen Position und eines Umfeldmodells (3) eine zukünftige Position und Umgebung geschätzt werden, wobei daraus die Kanalqualität für einen zukünftigen Zeitpunkt geschätzt wird, wobei aufgrund der Schätzung mindestens ein Parameter des Kommunikationssystems (100) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationssystem (100) derart ausgebildet ist, eine OFDM-Modulation durchzuführen, wobei der mindestens eine Parameter ein zyklischer Präfix (CP) eines Sendesymbols ist.
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