DE102018213744A1

DE102018213744A1 - Verbesserungen bei oder in bezug auf funkausbreitungsmodellierung

Info

Publication number: DE102018213744A1
Application number: DE102018213744.7A
Authority: DE
Inventors: Tom Mizutani
Original assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Priority date: 2017-08-23
Filing date: 2018-08-15
Publication date: 2019-02-28
Also published as: GB2566793A; GB201811600D0; GB2566793B; GB201713498D0

Abstract

Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ermitteln einer Performance-Metrik eines Drahtlos-Systems in einer virtuellen Umgebung bereitgestellt, wobei das Drahtlos-System zwei oder mehrere Antennen umfasst, die angepasst sind, Signale dazwischen zu senden und/oder zu empfangen, wobei mindestens eine der zwei oder mehreren Antennen angepasst ist, zwei oder mehrere Positionen innerhalb der virtuellen Umgebung einzunehmen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erzeugen einer Mehrzahl von Routen durch die virtuelle Umgebung, wobei die oder jede Route eine Mehrzahl von Punkten in der virtuellen Umgebung umfasst; Nachbilden einer Eigenschaft eines von mindestens einer der Antennen erzeugten und von der anderen empfangenen Signals an jedem der Mehrzahl von Punkten; Bestimmen einer Mehrzahl von Performance-Parametern des Drahtlos-Systems in Abhängigkeit von den nachgebildeten Eigenschaften des Signals; und Durchführung einer Auswertung jedes Performance-Parameters, um die Performance-Metrik für das Drahtlos-System zu bestimmen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Verbesserungen bei oder in Bezug auf virtuelle Meßfahrten und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich Funkausbreitungsmodellierung, um bei solchen Tests eine reale Umgebung zu simulieren. Aspekte der Erfindung betreffen auch ein virtuelles Meßfahrten-System, ein Fahrzeug und ein Verfahren.
STAND DER TECHNIK
Meßfahrten sind ein Verfahren zum Messen und Prüfen der Abdeckung, Kapazität und Servicequalität (QoS - Quality of Service) eines Mobilfunk- oder Drahtlosnetzwerks, wie sie in einem Fahrzeug wahrgenommen werden. Die Technik setzt ein Kraftfahrzeug ein, das Mobilfunknetz-Luftschnittstellen-Messgeräte an Bord trägt, die eine große Bandbreite von physischen und virtuellen Parametern eines Mobilfunkdienstes in einem gegebenen geografischen Gebiet oder auf einer vorgegebenen Route durch diese Umgebung erfassen und aufzeichnen können. Die Messungen können von einem Netzwerkanbieter oder Fahrzeughersteller dazu verwendet werden, Änderungen vorzunehmen, die die Netzabdeckung verbessern und/oder ihren Kunden einen besseren Service bieten.
Meßfahrten sind nicht ideal, da es keine Möglichkeit gibt, dass von einem Test zum nächsten dieselben Bedingungen garantiert werden können. Dieser grundsätzliche Mangel an Kontrollbedingungen bedeutet, dass es schwierig ist, Tendenzen und fortbestehende Probleme innerhalb der Umgebung zu erkennen. Um die Unwägbarkeiten von Meßfahrten abzumildern, werden virtuelle Meßfahrten zu einer interessanten Lösung.
Virtuelle Meßfahrten verwenden Funkausbreitungsmodellierung und Emulation, um laborbasierte Tests zu entwickeln, um die wahrscheinliche Performance des Drahtlos-Systems unter realen Bedingungen auszuwerten und vorherzusagen. Dies findet im Allgemeinen statt, bevor Fahrzeugsysteme und Verfahren überhaupt im Feld eingesetzt oder gemessen werden. Ein Problem beim Modellier- und Emulationsansatz besteht darin, sicherzustellen, dass die Funkbedingungen, die dabei erzeugt werden, genau jene der Zielbetriebsumgebung widerspiegeln. Es ist schwierig, eine Emulation zu erstellen, die sich direkt auf eine spezifische reale Umgebung, wie z. B. auf bestimmte Umgebungsbereiche in Großstädten, wie z.B London, abbilden lässt. Das beruht darauf, dass sehr genaue geografische Abbildungsdaten und Funksender-Daten (z. B. Mobilfunknetz-Basisstation) erforderlich sind. Darüber hinaus können sich verändernde Aspekte der Umgebung (z. B. Baustellen, Vegetation) in einem auf statischen Daten basierenden Modell nicht immer genau berücksichtigt werden.
Fahrzeugkommunikationen erfordern hohe Datenraten mit einem minimalen Maß an Latenz in dynamischen Umgebungen, um Anwendungen hoher Mobilität zu bedienen. Aufgrund dieser Eigenschaften ist eine genaue Ausbreitungs- und Kanalmodellierung bei der Fahrzeugkommunikation wichtig. Darüber hinaus müssen Fahrzeuge auch in der Lage sein, mit anderen Fahrzeugen und Infrastruktur unter Verwendung einer Anzahl von unterschiedlichen Drahtlos-Technologien, einschließlich Kommunikationsstandards wie z. B. Long-Term-Evolution (LTE) und mmWave, zu kommunizieren. LTE ist eine drahtlose Breitbandtechnologie, die mobilen Benutzern zuverlässig hohe Datenraten bereitstellen kann. Sie profitiert von einem großen Abdeckungsgebiet, hohen Versorgungsgrad und Endgeräteunterstützung mit hoher Geschwindigkeit. Die Ausweitung ihres Gebrauchs, um auch Fahrzeuganwendungen zu unterstützen, eröffnet neue Marktchancen für Telekommunikationsbetreiber und Dienstleister. LTE ist insbesondere für Ansprüche mit hoher Bandbreite und QoS-sensible Anforderungen einer Kategorie von Fahrzeuganwendungen geeignet, die als Infotainment (Information und Entertainment) bekannt ist, die herkömmliche und neue Internet-Anwendungen entweder für Fahrer oder Passagiere (z. B. Download von Content, Medien-Streaming, VolP, Surfen im Internet, soziale Netzwerke, Hochladen von Blogs, Cloud-Zugriff) beinhalten.
Aufgrund der immer größeren Anzahl von mobilen Datenanwendungen eignen sich LTEfähige Fahrzeug-zu-Infrastruktur-(V2I)-Kommunikationen ideal für die Entwicklung von Drahtlos-Systemen für Fahrzeuge. Im Vergleich zu anderen Wi-Fi-basierten Haupt-Fahrzeugkommunikationsstandards ist die Abdeckung von LTE-Mobilnetzwerksystemen erheblich höher pro Basisstation (mehrere Kilometer) im Vergleich zu Wi-Fi-basierter Kommunikation (bis zu 200 m). Mobilfunk-LTE-Systeme, die Mehrfacheingang-Mehrfachausgang-(MIMO - multiple-input multiple-output)-Antennentechniken verwenden, können Datenraten von 50 MBit/s bis zu 1 GBit/s in LTE-A je nach den verwendeten Modulations- und Kodierungsschemata (MCS - modulation and coding schemes) erreichen.
Um das typische Fading des empfangenen Signals an sich bewegenden Empfängern auszugleichen, erfordern die meisten Dienste mehrere Antennen für Diversität oder MIMO-Betrieb, was die Anzahl von Antennen um einen Faktor 2 bis 4 vervielfacht. Dies stellt ein weiteres Problem dar, da das Design, Anbringen am Fahrzeug und Prüfen dieser Antennen einen enormen personellen, zeitlichen und Kostenaufwand erfordert.
Somit besteht ein Bedarf, Funkausbreitungsmodellierungssysteme und -verfahren zu verbessern, um sich die künftigen technologischen Fortschritte zu eigen zu machen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden dazu konzipiert, zumindest einige der Probleme und Nachteile im Zusammenhang mit dem Stand der Technik zu entschärfen oder zu beheben.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung stellen ein Verfahren, ein System, eine Antenne, ein Verfahren zum Prüfen einer Antenne und ein Fahrzeug nach den beigefügten Ansprüchen bereit.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Ermitteln einer Performance-Metrik für ein Drahtlos-System in einer virtuellen Umgebung bereitgestellt, wobei das Drahtlos-System zwei oder mehrere Antennen umfasst, die angepasst sind, dazwischen Signale zu senden und/oder zu empfangen, wobei mindestens eine der zwei oder mehreren Antennen angepasst ist, zwei oder mehrere Positionen innerhalb der virtuellen Umgebung einzunehmen, wobei das System Folgendes umfasst: ein Modul zum Erzeugen einer Mehrzahl von Routen durch die virtuelle Umgebung, wobei die oder jede Route eine Mehrzahl von Punkten in der virtuellen Umgebung umfasst; ein Kanalmodellierungsmodul, das konfiguriert ist, geografische Topografiedaten bezüglich jedes der Mehrzahl von Punkten in der virtuellen Umgebung zu erhalten, und das dazu konfiguriert ist, LTE-Basisstations-Daten für eine Umgebungsklasse an jedem der Punkte der virtuellen Umgebung zu erhalten; einen Emulator zum Empfangen eines Ausgangs aus dem Kanalmodellierungsmodul und Nachbilden einer Eigenschaft eines Signals, das von mindestens einer der Antennen erzeugt wird, basierend auf dem Ausgang an jedem der Mehrzahl von Punkten; und ein Modul zum Bestimmen einer Mehrzahl von Performance-Parametern des Drahtlos-Systems in Abhängigkeit von den nachgebildeten Eigenschaften des Signals; und ein Auswertungsmodul zum Auswerten jedes Performance-Parameters, um die Performance-Metrik für das Drahtlos-System zu bestimmen.
In einer Ausführungsform kann das System ein Bestimmungsmodul umfassen, das konfiguriert ist, einen Funkausbreitungskanal zwischen den zwei oder mehreren Antennen an jedem beliebigen der Mehrzahl von Punkten in der Umgebung zu bestimmen, um einen Funkausbreitungskanal-Datensatz zu erzeugen; und wobei der Emulator konfiguriert ist, das Fading jedes Signals nachzubilden, welches angepasst ist, von einer Antenne zu einer anderen der zwei oder mehreren Antennen an einem oder mehreren Punkten auf der oder jeder Route zu laufen, um ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem Funkausbreitungskanal-Datensatz zu erzeugen.
In einer anderen Ausführungsform kann das Bestimmungsmodul ein Ray-Tracing-Modul umfassen, das konfiguriert ist, die Haupt-Funkfrequenzausbreitungsphänomene basierend auf den geografischen Topografie-Daten und den LTE-Basisstations-Daten vorherzusagen.
In einer anderen Ausführungsform ist der Emulator konfiguriert, das Fading basierend auf mindestens einem von Antennenausbreitungseigenschaften; Antennenmustern und Richtungsüberlegungen von Übertragungen zwischen Antennen nachzubilden.
In einer Ausführungsform kann das System konfiguriert sein, eine virtuelle Meßfahrt basierend auf einem oder mehreren Routen-Datensätzen und den entsprechenden nachgebildeten Signalen durchzuführen, um den einen oder die mehreren Performance-Parameter des Drahtlos-Systems zu bestimmen.
Die virtuelle Meßfahrt kann Folgendes umfassen: Ermitteln erster und zweiter Antennenmuster entweder durch Messung der Antennen oder durch eine Simulation; Einbinden der Antennenmuster in den Funkausbreitungskanal-Datensatz; Einschalten eines zu prüfenden Geräts zum Prüfen, indem die oder jede nachzubildende Antenne umgangen wird; Betreiben des zu prüfenden Geräts auf eine vorgegebene Weise; Nachbilden einer Emulation eines Szenarios, in dem das zu prüfende Gerät geprüft werden soll, mittels eines Kanalemulators; und Erfassen der Ergebnisse der Emulation des zu prüfenden Geräts in dem Szenario, um zu ermitteln, ob sich das zu prüfende Gerät innerhalb vorgegebener Performance-Eigenschaften verhält.
In einer anderen Ausführungsform umfasst der Schritt des Nachbildens mittels des Kanalemulators Folgendes: schrittweises Durchlaufen eines vorgegebenen Kanalmodells für jeden aufeinander folgenden Ort auf der Route, wobei ein Fahrzeug, das sich entlang der Route bewegt, simuliert wird, und Messen der Performance von mindestens einem zu prüfenden Gerät an jedem aufeinander folgenden Ort.
In einer Ausführungsform kann der Schritt des Nachbildens mittels des Kanalemulators Folgendes umfassen: mindestens eines von der Verwendung von Schritten von 20 cm für ein Fahrzeug, das sich entlang der modellierten Route bewegt; und Variieren der Geschwindigkeit, mit der die Emulation verläuft, in Abhängigkeit von Änderungen in der Fahrzeuggeschwindigkeit auf der modellierten Route.
In einer anderen Ausführungsform kann das System konfiguriert sein, ein Antennenmuster für die oder jede Antenne der zwei oder mehreren Antennen zu bestimmen. Das Bestimmen eines Antennenmusters für die oder jede Antenne der zwei oder mehreren Antennen kann das Bestimmen eines räumlich polarimetrischen 3D-Antennenmusters umfassen.
In einer Ausführungsform kann das System konfiguriert sein, um mindestens einen der folgenden Punkte zu bestimmen: Prüfen der Brauchbarkeit einer Antenne; Analysieren der Rotations- oder Translationseffekte auf eine sich bewegende Antenne; Analysieren der Effekte der Tatsache, dass sich die Antenne in einem sich bewegenden Fahrzeug befindet, auf die Antenne; um eine Antenne zum Gebrauch in einer vorgegebenen Situation auszuwählen.
In einer anderen Ausführungsform kann das System konfiguriert sein, Routen in Abhängigkeit von einer oder mehreren Umgebungsklassen oder Szenarioklassen zu erzeugen. In einer Ausführungsform kann das System konfiguriert sein, Routen in Abhängigkeit von einem oder mehreren von einem Signalstärkemodell oder einem Frequenzmodell zu erzeugen.
In einer Ausführungsform kann das System konfiguriert sein, Routen in Abhängigkeit von einem oder mehreren unterschiedlichen Szenarien, wie zum Beispiel einer städtischen, halbstädtischen oder ländlichen Umgebung, zu erzeugen. In einer anderen Ausführungsform kann das System konfiguriert sein, die Emulationen mittels echter mit der Route zusammenhängender Daten zu kalibrieren.
In einer Ausführungsform kann jede Antenne eine in oder an entweder einer Basisstation, einem zu prüfendem Gerät und einem Gerät an einem Fahrzeug angebrachte Antenne betreffen.
Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ermitteln einer Performance-Metrik eines Drahtlos-Systems in einer virtuellen Umgebung bereitgestellt, wobei das Drahtlos-System zwei oder mehrere Antennen umfasst, die angepasst sind, Signale dazwischen zu senden und/oder zu empfangen, wobei mindestens eine der zwei oder mehreren Antennen angepasst ist, zwei oder mehrere Positionen innerhalb der virtuellen Umgebung einzunehmen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erzeugen einer Mehrzahl von Routen durch die virtuelle Umgebung, wobei die oder jede Route eine Mehrzahl von Punkten in der virtuellen Umgebung umfasst; Durchführen einer Kanalmodellierung in Abhängigkeit von erhaltenen geografischen Topografiedaten bezüglich jedes der Mehrzahl von Punkten in der virtuellen Umgebung und von erhaltenen LTE-Basisstations-Daten für eine Umgebungsklasse für jeden der Punkte in der virtuellen Umgebung; Nachbilden einer Eigenschaft eines von mindestens einer der Antennen erzeugten und von einer anderen empfangenen Signals basierend auf Kanalmodellierung an jedem der Mehrzahl von Punkten; Bestimmen einer Mehrzahl von Performance-Parametern des Drahtlos-Systems in Abhängigkeit von den nachgebildeten Eigenschaften des Signals; und Durchführung einer Auswertung jedes Performance-Parameters, um die Performance-Metrik für das Drahtlos-System zu bestimmen.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Antenne bereitgestellt, die basierend auf einer nach dem Verfahren eines anderen Aspekts der vorliegenden Erfindung oder mittels des Systems nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ausgeführten Auswertung konfiguriert ist.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Prüfen einer Antenne nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung bereitgestellt.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das eine Antenne nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält.
Innerhalb des Umfangs dieser Anmeldung wird ausdrücklich beabsichtigt, dass die verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen, die in den vorhergehenden Absätzen, in den Ansprüchen und/oder in der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen dargestellt werden, und insbesondere deren individuellen Merkmale, unabhängig voneinander oder in einer beliebigen Kombination berücksichtigt werden können. Dies bedeutet, dass alle Ausführungsformen und/oder Merkmale einer beliebigen Ausführungsform auf beliebige Weise und/oder in einer beliebigen Kombination kombiniert werden können, sofern diese Merkmale nicht inkompatibel sind. Der Antragsteller behält sich das Recht vor, jeden beliebigen ursprünglich eingereichten Patentanspruch zu ändern oder jeden neuen Patentanspruch entsprechend einzureichen, einschließlich des Rechts, jeden beliebigen ursprünglich eingereichten Patentanspruch zu verändern, um von einem beliebigen Merkmal eines beliebigen anderen Anspruchs abzuhängen und/oder dieses zu integrieren, obwohl es auf diese Art und Weise zuvor nicht beansprucht wurde.
Figurenliste
Eine oder mehrere erfindungsgemäße Ausführungsformen werden nun nur beispielhalber unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:

1 eine Schemazeichnung einer Route für eine Meßfahrt nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein Punkt-zu-Punkt-Ray-Tracing einer Umgebung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
3 ein Blockdiagramm des Gesamtsystems nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
4 ein Flussdiagramm einer Umsetzung der Nachbearbeitung der erzeugten Kanäle nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 eine Schemazeichnung einer Emulator-Leitfähigkeits-Testphase nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
6 Graphen eines Vergleichs von Simulationsergebnissen mit Ergebnissen aus der Realität für eine Meßfahrt nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Zumindest in bestimmten Ausführungsformen zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, die Probleme zu überwinden oder abzumildern, die darin bestehen, sicherzustellen, dass eine Emulation direkt einen spezifischen Fall aus der Realität abbildet. Das wird durch Verwendung eines statistischen Ansatzes basierend auf der Analyse einer großen Anzahl von automatisch erzeugten Szenarien und/oder Routen erreicht, die zusammengenommen repräsentativ für eine typische Klasse einer (z. B. dicht besiedelten städtischen, städtischen, vorstädtischen, ländlichen) Betriebsumgebung sind. Basierend auf einem Satz von statischen Karten für die fragliche Umgebungsklasse kann eine große Anzahl von alternativen virtuellen Fahrrouten durch dieselben Kartenbereiche in Software abgebildet werden. Darüber hinaus kann basierend auf einem Satz von Regeln, der typische Bereitstellungsmuster von Mobilfunknetz-Basisstationen (oder gleichermaßen TV- oder Radio-Sendemasten usw.) beschreibt, eine große Anzahl von möglichen Netzwerkbereitstellungsszenarien in Software abgebildet werden. Durch die Verwendung des Satzes an zufälligen Fahrrouten und Senderkarten kann die Ausbreitungsmodellierung zwischen den Sendern und einem sich bewegenden Fahrzeug auf Fahrrouten mittels Techniken wie zum Beispiel Ray-Tracing durchgeführt werden. Ein Satz von Ausbreitungsmodellen kann aus N-Routen und M-Senderkarten erzeugt werden und dadurch die Erzeugung von N*M-Ausbreitungsmodellen pro Szenarioklasse erlauben. Keines dieser Modelle muss direkt der Realität entsprechen, aber zusammen spiegeln sie eine Bandbreite von Betriebsszenarios für ein Drahtlos-Gerät innerhalb zum Beispiel einer „dicht besiedelten städtischen“, „städtischen“, „vorstädtischen“ oder „ländlichen“ Umgebung wider. Eine zentrale Stärke von virtuellen Meßfahrten besteht darin, dass es machbar ist, eine derartig große Anzahl von Szenarien und/oder Umgebungen laufen zu lassen, wohingegen das bei Meßfahrten in der Realität nicht praktikabel wäre. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen LTE für Fahrzeug-zu-Infrastruktur-(V2I)-Anwendungen unter Verwendung von MIMO-Techniken und enthält [sic!] einen einzigartigen und generischen Antennentest und Funkperformance-Analyseprozess basierend auf einem oder mehreren von einem 3D-Ray-Tracing-Kanalmodell, theoretischen oder gemessenen Antennenmustern, HF-Kanalemulation und Hardware-in-the-Loop-Funkfrequenzmessungen. Dieser generische Prozess wurde anhand von Fahrmessungsdaten aus der Realität für eine städtische Route in Bristol (Großbritannien) validiert. Der Prozess ist nachweislich zuverlässiger, kostengünstiger und besser reproduzierbar als tatsächliche Meßfahrten, und bietet die Möglichkeit, unterschiedliche Ausbreitungsszenarien so oft zu wiederholen, wie erforderlich ist, um die Performance-Parameter der Fahrzeugantenneninstallation und des LTE-Endgeräts zu bestätigen.
In dieser Offenbarung wird ein Verfahren von virtuellen Meßfahrten (VDT- virtual drive testing) für Fahrzeug-zu-Infrastruktur-(V2I)-Anwendungen über städtische MIMO-LTE-Fahrzeugszenarien unter Verwendung eines 3D-Ray-Tracing-Kanalmodellierungstools beschrieben. Somit wird eine geeignete Fahrroute durch eine verfügbare geografische Datenbank von beispielsweise Bristol ausgewählt und dann wird ein virtuelles Auto auf der gewählten Testroute „gefahren“. Eine detaillierte Kanalstruktur wird zwischen zwei LTE-Basisstationen und dem Fahrzeug modelliert. Vorhergesagte Kanalmatrizen werden unter Verwendung von gemessenen 3D-Antennendaten für die Basisstation bzw. das Fahrzeug erzeugt. Die resultierenden Kanäle werden in einen Kanalemulator übertragen, der dazu programmiert ist, mit einem Mehrkanal-LTE-Basisstations-Emulator und einem mobilen Client zu kommunizieren.
Zumindest in bestimmten Ausführungsformen zielt die vorliegende Erfindung auch darauf ab, zuverlässige laborbasierte Übergaben zwischen an die Basisstation angrenzenden Sektoren und Zellen nachzuweisen. Daher ist, während sich das virtuelle Fahrzeug zwischen zwei benachbarten Zellen bewegt, einer der Basisstation-Emulatoren konfiguriert, eine Übergabe auszuführen, da er die bidirektionale Signalgebung unterstützt, die für automatisierte Übergabe zwischen benachbarten Basisstationen erforderlich ist. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind somit in der Lage, eine Performance in der Realität für jeden fahrzeugseitigen LTE-Client zu bewerten, ohne dass es nötig ist, kostspielige, unzuverlässige und ressourcenintensive Meßfahrten in der Realität durchzuführen.
Spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zielen darauf ab, eine virtuelle Meßfahrt bereitzustellen, die auch das mögliche Design, die Konfiguration und die Umsetzung der in einem Fahrzeug eingebauten Fahrzeugantennen und Antennensysteme berücksichtigt. Dementsprechend können die Systeme in Szenarien geprüft werden, die unterschiedliche Umgebungen anzeigen, wie z. B. städtisch, ländlich, Autobahn usw. Falls dies auf nicht virtuelle Weise durchgeführt wird, ist das zeit- und kostenintensiv, und Ergebnisse unterliegen dem Einfluss von Veränderungen in Umgebungsfaktoren. Die virtuelle Meßfahrt erlaubt die Prüfung und Optimierung von Kommunikationsantennen, bevor das Fahrzeug letztendlich gebaut wird.
Es gibt drei Hauptmethoden für die Durchführung von virtuellen Meßfahrten: die erste verwendet einen Ausbreitungssimulator für die physische Schicht, einschließlich eines Verkehrsmodells, um realistische Mobilität von Fahrzeugen zu erzeugen, und ein strahlenoptisches 3D-Modell, um den Mehrwege-Ausbreitungskanal zwischen Sender und Empfänger zu berechnen; eine zweite Methode besteht darin, einen Kanalemulator zu verwenden; eine dritte ist die Aufzeichnung von Funksignalen auf einer bestimmten Testroute und anschließend erneutes Abspielen von diesen im Labor. Die ersten zwei davon sind Bestandteil der vorliegenden Erfindung. Die zweite erfordert eventuell die Verwendung einer Telematik-Einheit oder einer ähnlichen im Fahrzeug eingebauten Fahrzeug-Steuereinheit. In der Tat kann dies eines der zu prüfenden Geräte (DUT-Device Under Test) in der vorliegenden Erfindung sein. Die dritte kann Probleme aufweisen im Zusammenhang mit der Tatsache, dass die Aufzeichnungen die Eigenschaften der für sie verwendeten Antenne widerspiegeln; damit eignen sie sich nicht gut dafür, anschließend unterschiedliche Fahrzeugantenneninstallationen im Labor auszuwerten. Die dritte Methode kann jedoch bei anderen Tests verwendet werden.
Die vorstehend erwähnten allgemeinen Konzepte der vorliegenden Erfindung werden nun detaillierter beschrieben.
1 zeigt eine Schemazeichnung einer Route 100, die von einem Fahrzeug 102 befahren wird. Das Fahrzeug ist mit einer Antenne 104 und einem zugehörigen Antennensystem (das in 1 nicht dargestellt ist und das eine Telematik-Einheit oder dergleichen enthalten kann) ausgerüstet. Die Route 100 verläuft entlang einer Straße 101, die durch eine im Allgemeinen als 106 dargestellte Umgebung verläuft. Die Umgebung kann eine oder mehrere Basisstationen 108 enthalten, von denen jede ein Ausleucht- oder Abdeckungsgebiet hat, über das sie Signale an ein Netzwerk (nicht dargestellt) senden und empfangen kann. Die Basisstationen 108 können mit dem Netzwerk und der Antenne 104 auf dem Fahrzeug 102 kommunizieren. Während das Fahrzeug zwischen den Abdeckungsgebieten der entsprechenden Basisstationen 108 fährt, können die Basisstationen eine Übergabe ausführen, so dass das Fahrzeug weiterhin nahtlos Signale vom Netzwerk empfängt.
Die Umgebung 106 kann andere Merkmale enthalten, wie zum Beispiel Gebäude 110, Bäume 112, Straßenausstattungen 114 und viele andere Merkmale. Die Merkmale können von jeder Größe und Form sein und können sich aus dem einen oder anderen Grund auf die Ausbreitung von irgendwelchen Signalen zwischen den Fahrzeugantennen 104 und der Basisstation 108 auswirken. Dies kann auch bei Kommunikationen zwischen Fahrzeugen auftreten. Zum Beispiel kann eines der Gebäude 110 Signale von einer der Basisstationen 108 blockieren, wenn sich das Gebäude zwischen der Fahrzeugantenne 104 und der fraglichen Basisstation 108 befindet, was so genannte „Abschattung“ oder schwarze Flecken verursacht. Abschattung kann die Signalqualität zwischen der Fahrzeugantenne und der Basisstation und in der Folge die Benutzerzufriedenheit mit der Qualität des Betriebs des Netzwerks negativ beeinträchtigen. Dementsprechend ist es wichtig, Abschattung zwischen der Fahrzeugantenne und der Basisstation in der gesamten Umgebung zu identifizieren, um eine optimale Signalqualität und Benutzerzufriedenheit sicherzustellen. Es versteht sich, dass Abschattung eine negative Auswirkung auf die Signalausbreitung hat, aber dass es auch andere geben kann. Dazu zählen: Dämpfung, Verzögerung, Phasenverschiebung, Interferenz und Dopplerverschiebung. Darüber hinaus können auch atmosphärische Bedingungen, wie z. B. Regen, Schnee, Nebel oder Wolken, negative Auswirkungen auf die Signalausbreitung verursachen.
Es gibt viele unterschiedliche Methoden, wie schwarze Flecken und andere negative Auswirkungen auf das Netzwerk identifiziert werden können. Eine bestimmte Methodik wird nun unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 zeigt ein Punkt-zu-Punkt-Ray-Tracing einer bestimmten Umgebung. Dieses Tracing wird mittels eines 3D-Ray-Tracing-Tools erzeugt, das nachstehend detaillierter beschrieben wird und in 2 nicht dargestellt ist. Das 3D-Ray-Tracing-Tool kann dazu verwendet werden, schwarze Flecken und andere negative Auswirkungen zu identifizieren. Es wird angenommen, dass sich das Fahrzeug (nicht dargestellt in 2) innerhalb der Umgebung auf einer oder mehreren vorgegebenen Routen bewegt.
Räumliche und zeitliche Mehrwege-Strahlkomponenten eines Funkausbreitungskanals zwischen einer LTE-Basisstation (BS) und einem Fahrzeug werden unter Verwendung eines 3D-Ray-Tracing-Tools modelliert. Die Ray-Tracing-Engine identifiziert alle möglichen Strahlengänge zwischen dem Sender und dem Empfänger im 3D-Raum bis zu einer vorgegebenen Abschaltschwelle der Signalstärke am Empfänger, zum Beispiel 140 dBm. Die Datenbank erstellt eine Ansicht der Umgebung, die Gelände, Gebäude und Laubwerk enthält, die alle mit einer vorgegebenen Auflösung dargestellt sind, wie zum Beispiel 10 m. 2 zeigt alle verfolgten Strahlen für ein Punkt-zu-Punkt-Verbindungsbeispiel, das verwendet werden kann, um ein entsprechendes Leistungsverzögerungsprofil zu erzeugen. Die Strahlen können nach der an der virtuellen Fahrzeugantenne empfangenen Leistung kodiert werden.
Das deterministische Ray-Tracing-Modell wird bei Frequenzen von 200 MHz bis zu 6 GHz für zellulare und mikrozellulare Anwendungen validiert, bei denen sich der Sender oberhalb oder weit unterhalb des Dachniveaus befindet. Dies wird detaillierter unter Bezugnahme auf den nachstehend behandelten Kanalmodellierschrittbeschrieben. Eine Validierung des Modells kann an einem geeigneten Ort ausgeführt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass das Modell eine 2D-Version sein kann, aber eine 3D-Version bevorzugt wird, da sie genauer ist.
3 ist ein Blockdiagramm des Gesamtsystems nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Allgemein gesagt enthält das Gesamtsystem 500 mindestens die folgenden Module: Routenerzeugung 502; Kanalmodellierung 504; Antennenmodellierung 506; Emulatorprogrammierung 508 und Emulatorbetrieb 510.
In einem ersten Beispiel wird durch das Routenerzeugungsmodul eine Mehrzahl von unterschiedlichen Routen erzeugt. Die zurückgelegte Strecke ist für jede Route unterschiedlich und Start und Ende können auch variieren. Das Routenerzeugungsmodul bildet eine geeignete Fahrroute zwischen zufällig ausgewählten Start- und Endpunkten innerhalb eines geografischen Datensatzes grafisch ab. Eine oder mehrere Long-Term-Evolution-(LTE)-Basisstationen werden auch innerhalb des geografischen Datensatzes abgebildet. Die die Basisstationen betreffenden Daten enthalten Standortkoordinaten und Antennenparameter. Die Route zwischen den Start- und Endpunkten kann unter Verwendung von Routenplanung, wie zum Beispiel „HERE“-Karten, bestimmt werden. Die resultierenden Koordinaten werden anschließend verwendet, um die Route innerhalb des für die virtuelle Meßfahrt zu verwendenden geografischen Datensatzes abzubilden.
Die Routen können mit einer Anzahl von unterschiedlichen Methodiken erzeugt werden, einschließlich zum Beispiel Signalstärkemodellen, Frequenzmodellen oder jeglichen anderen geeigneten Methodiken. Die Routen können auf unterschiedlichen Szenarien basieren, wie zum Beispiel städtischen, halbstädtischen oder ländlichen Umgebungen.
Ein Beispiel für einen geeigneten geografischen Datensatz ist ein LIDAR-Datensatz. LIDAR ist ein Vermessungsverfahren, das den Abstand zu einem Ziel durch Anstrahlen des Ziels mit einem Laserlicht misst. Die Bezeichnung LIDAR gilt als ein Akronym für „Light Detection and Ranging“ (Lichterkennung und Abstandsmessung). Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Methode zum Validieren der virtuellen Meßfahrt anhand von einem oder mehreren Tests aus der Realität bereit. Die oder jede LTE-Basisstation kann innerhalb des geografischen Datensatzes unter Verwendung von Daten einschließlich Standort, Höhe, Sektororientierung, Antennenabsenkung, Antennentyp, Übertragungsleistung und Betriebsfrequenz abgebildet werden. Diese Daten können direkt von einem maßgeblichen Mobilnetzwerkbetreiber oder einer Regulierungsbehörde in der Region erhalten werden, oder können optional unter Verwendung repräsentativer Daten für die vorstehenden Parameter abgebildet werden. Für eine Validierung anhand eines Tests aus der Realität sind genaue von dem Mobilnetzwerkbetreiber oder der Regulierungsbehörde erhaltene Daten unerlässlich. In einer Ausführungsform der Erfindung kann die Emulation durch Vergleichen der Ergebnisse aus dem zufälligen Satz von erzeugten Routen mit einer bekannten und maßgeblichen echten Fahrroute in derselben Nachbarschaft und mit denselben geografischen Merkmalen und Übergaben kalibriert werden.
Das Kanalmodellierungsmodul 504 führt eine Anzahl von Vorgängen aus. Ein Satz von mit den Standorten zusammenhängenden geografischen Topografiedaten, die mit den Standorten zusammenhängen, an denen die Fahrrouten erhalten wurden, wird in Modul 512 eingegeben. Dazu zählen Daten wie z. B. Geländeprofil (die zugrundeliegende Bodenoberfläche), Höhenprofil (einschließlich Gebäude und Vegetation) und Bodenstörechodaten, die identifizieren, ob ein Gebiet Gebäude, Laubwerk, Wasser enthält, offen ist oder andere Merkmale enthält. Die Fahrroutenorte können basierend auf der Umgebung klassifiziert werden. Eine typische Klassifizierung enthält dicht besiedelt städtisch, vorstädtisch und ländlich. Andere Klassifizierungen können nach Bedarf verwendet werden. Zum Beispiel können die Klassifizierungen nach der modellierten Funktechnologie und ihrer Betriebsfrequenz weiter unterteilt werden.
Ein Modul 514 kann LTE-Basisstations-Daten für die vorstehend erwähnte Umgebungsklasse erhalten. Die LTE-Basisstations-Daten können von Modul 514 erzeugt werden oder können in Modul 514 eingegeben werden. Zum Beispiel können die LTE-Basisstations-Daten basierend auf physischen und/oder elektrischen Eigenschaften der LTE-Basisstationen von Modul 514 erzeugt werden. Die physischen und elektrischen Eigenschaften der LTE-Basisstations-Daten können zum Beispiel Höhe, Leistungsabgabe, Frequenz, Bandbreite, Deployment-Topologie usw. enthalten. Alternativ kann die LTE-Basisstation [sic!] aus der Ferne erhalten werden und in Modul 514 eingegeben werden. Typischerweise zeigen aus der Ferne erhaltene LTE-Basisstations-Daten von einem Mobilnetzwerkbetreiber oder einer Regulierungsbehörde in der Region bereitgestellte LTE-Basisstations-Daten aus der Realität an.
Daten aus Modulen 512 und 514 können kombiniert werden und einem Ray-Tracing-Modul 516 zugeführt werden. Das Ray-Tracing-Modul 516 kann verwendet werden, um die Haupt-Funkfrequenz-(HF)-Ausbreitungsphänomene vorherzusagen, die bei Signalverbindungen zwischen der LTE-Basisstation und dem zu prüfenden Gerät (DUT) auftreten. Die resultierende Vorhersage führt zu einem räumlich-zeitlichen Profil, das eine grafische Repräsentation der Signaleigenschaften (Geometrie, Leistungspegel, Flugzeit) sowohl im Hinblick auf den Standort als auch auf die Zeit für jeden einzelnen Signalweg vom Sender zum Empfänger ist, wie nachstehend im Zusammenhang mit Gleichung 1 beschrieben.
Das Antennenmodellierungsmodul 506 führt eine Anzahl von unterschiedlichen Vorgängen aus. Ein Modul 518 kann verwendet werden, um ein räumliches und polarimetrisches 3D-Antennenmuster für die oder jede LTE-Basisstation in der gewünschten Umgebungsklasse zu bestimmen. Das Muster kann durch Messung oder durch eine geeignete Computersimulation erhalten werden. Ähnlich kann ein Modul 520 verwendet werden, um ein räumliches und polarimetrisches 3D-Antennenmuster für das DUT in seiner gewünschten Bereitstellungskonfiguration oder Position am Fahrzeug zu bestimmen. Die Muster von der Basisstation und dem DUT können anschließend von einem Nachbearbeitungsmodul 522 verarbeitet werden. Das Nachbearbeitungsmodul kann somit spezifische und realistische Antennenmuster verwenden, die als eine Eingabe für weitere Modellierschritte und Module dienen, wie nachstehend beschrieben wird. Dieser Schritt sorgt dafür, dass die generischen Ergebnisse des Ray-Tracing-Moduls modifiziert werden, um die Eigenschaften eines spezifischen am Fahrzeug oder an der Basisstation verwendeten Antennentyps widerzuspiegeln. Der Ausgang aus dem Nachbearbeitungsmodul kann die Form von Kanalmatrizen oder Leistungsverzögerungsprofilen aufweisen. Es versteht sich, dass - je nachdem, welche weiteren Verarbeitungsschritte vorgesehen werden - andere Ausgänge nach Bedarf erzeugt werden können.
Typischerweise werden die Ausgänge aus dem Ray-Tracing-Modul 516 in die Verarbeitung, die im Nachbearbeitungsmodul 522 stattfindet, aufgenommen. Das Ray-Tracing wird unter der Annahme isotroper Antennen an der Basisstation und am Auto ausgeführt. Diese Ergebnisse werden nachbearbeitet, damit sie die tatsächlichen Antennentypen, die geprüft werden sollen, widerspiegeln. Die Nachbearbeitung verwendet räumliche und polarimetrische Konvolution, um synthetische und/oder gemessene BS- und DUT-Antennenmuster in die vorhergesagten Kanaldaten einzubeziehen. Die ursprünglichen Ray-Tracing-Ergebnisse können auf diese Weise für viele unterschiedliche Fahrzeugantennentypen nachbearbeitet werden, während VDT-Vergleiche zwischen unterschiedlichen Antenneninstallationsoptionen während des Designs und der Entwicklung des Fahrzeugs ermöglicht werden. Die Schrittgröße zwischen zwei Punkten, für die Ray-Tracing durchgeführt wird, kann bei ungefähr 1 m liegen.
Die Ausgänge aus dem Ray-Tracing-Modul 516 und dem Nachbearbeitungsmodul 522 werden anschließend an das Emulatorprogrammiermodul 508 weitergeleitet. Modul 508 enthält ein weiteres Nachbearbeitungsmodul 524. Modul 524 kann das Kanalmodell in ein erforderliches Format umwandeln, das sich für die zu verwendende Kanalemulationshardware eignet, wie zum Beispiel Anite F8. Diese Formatierung kann zu einem Ausgang führen, der Kanalmatrizen und/oder Leistungsverzögerungsprofile umfasst. Falls das Kanalmodell bereits in einem geeigneten Format vorliegt, ist dieser Schritt eventuell nicht erforderlich.
Das Emulatorbetriebsmodul 510 führt anschließend die Emulationsprozesse aus. Die Emulation wird nachstehend detaillierter beschrieben. Im Allgemeinen enthalten die Emulationsprozesse ein Kanal-Emulatormodul 528, das das HF-Fading aller gesendeten oder empfangenen Signale nachbilden kann. Diese Signale sind der Verkehr zu und von der Basisstation und/oder dem DUT. Der resultierende Ausgang ist ein HF-Signal vom Kanalemulator, der das Signal zwischen der Basisstation und dem DUT, verschlechtert nach der zuvor für das VDT-Szenario durchgeführten Kanalmodellierung, widerspiegelt. Modul 510 kann ein weiteres Basisstation-Emulatormodul 530 enthalten. Modul 530 kann ein LTE-Netzwerk und Signalgebung aus der Realität resultierend in einem HF-Ausgangssignal oder Ausgangsdatensatz nachbilden. Das Modul 510 kann auch ein Modul für die Durchführung des VDT 532 enthalten, das ein Aufzeichnungsgerät enthalten kann, das Performance-Parameter erfassen und/oder auswerten kann. Ein Modul 534 kann Daten aus den vom Modul 532 erzeugten Protokolldateien extrahieren.
Der Emulator kann direkt mit dem Antennenanschluss des DUT zum Beispiel durch ein Kabel verbunden sein, und so die Geräteantenne umgehen. Die Antenne kann umgangen werden, da ihre Betriebseigenschaften bereits bei der zur Konfiguration des Emulators verwendeten Simulation berücksichtigt wurden.
Kanalemulation wird typischerweise verwendet, wenn Produkt-Performance in realistischen Situationen ausgewertet wird. Mit Hilfe eines Kanalemulators vermeiden die Gerätehersteller unbeabsichtigte Variation bei den Testbedingungen aufgrund von Einflüssen von externen Faktoren (z. B. Wetterbedingungen, Straßenverkehrsbedingungen und anderen möglichen Mängeln bei der Signalausbreitung), denn die Simulationsumgebung kann kontrolliert werden. Weiterhin beschränkt sich die ermüdende Aufgabe der Durchführung aufeinander folgender Feldmessungen auf das Minimum (um das Kanalmodell zu erhalten, falls nicht bereits eines zur Verfügung steht) und der Rest der Experimente kann in einem Prüflabor ausgeführt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass eine Kalibrierung erforderlich sein kann, falls die Übertragungsleistung und der Antennentyp nicht bekannt sind, aber dies ist umso weniger oft erforderlich, als die Menge der bekannten Basisstations-Daten zunimmt. Die Auswertung der Performance-Parameter wird an anderer Stelle detaillierter beschrieben und kann eines oder mehrere von statistischer Analyse, Performance-Vergleich oder jedem anderen geeigneten Verfahren enthalten.
Die Emulationsprozesse werden von einem Steuermodul gesteuert. Die Steuersoftware verwendet die Ausgangsdaten von den Emulationen und aktiviert die Durchführung der virtuellen Meßfahrt. Das Steuermodul aktiviert die Basisstation-Emulation und bewirkt, dass sich das DUT mit dem Basisstation-Emulator verbindet. Das Steuermodul startet anschließend den gewünschten Vorgang auf dem DUT (z. B. Vornahme eines Datendownloads, Ausführen eines Sprachanrufs usw.). Das Steuermodul bewirkt anschließend, dass der Kanalemulator die Emulation des Szenarios startet. Der Kanalemulator durchläuft die Schritte des Kanalmodells, mit dem er vorprogrammiert wurde, für jeden aufeinander folgenden Ort auf der Route, wobei das Fahrzeug, das sich entlang der Route bewegt, simuliert wird. Die Schrittgröße zwischen Orten kann ungefähr 20 cm in der Emulation für ein Fahrzeug, das sich entlang der Route bewegt, betragen. Die Geschwindigkeit, mit der die Emulation verläuft, kann in Abhängigkeit von Veränderungen in der Fahrzeuggeschwindigkeit auf der modellierten Route variieren. Das Steuermodul kann dahingehend agieren, dass die Geschwindigkeit, mit der die Emulation verläuft, zur Übereinstimmung mit variierender Fahrzeuggeschwindigkeit auf der modellierten Strecke variiert wird. Das Steuermodul führt die Protokollierung aus und die Schrittgröße und -geschwindigkeit werden direkt durch das Emulatormodul eingestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass bei einigen Tests Antennen an ähnlichen Orten geprüft werden, um die beste Antenne für ein spezifisches Szenario oder einen spezifischen Typ von Orten, zum Beispiel einem ländlichen Ort oder einer Stadt, zu bestimmen. Ein ähnlicher Ort ist somit einer, an dem die Antennen, die geprüft werden, denselben oder ähnlichen Bedingungen ausgesetzt sind. Darüber hinaus können die Antennen, soweit es andere Testtypen gibt, ähnlichen Situationen oder Bedingungen ausgesetzt werden, die nicht auf einem Ort, sondern auf einigen anderen Parametern basieren.
Während des gesamten Tests empfängt das Steuermodul verschiedene Parameter, die das HF-Signal und die Performance des DUT betreffen. Parameter können die Referenzsignal-Empfangsleistung (RSRP - reference signal received power) jeder Antenne, das Verhältnis von Signal zu Interferenz plus Rauschen für jede Antenne und den Durchsatz des physischen gemeinsam genutzten Downlink-Kanals (PDSCH - Physical Downlink Shared Channel) enthalten. Derartige Parameter stehen für den Funk-Chipsatz des DUT zur Verfügung und können vom DUT durch das Steuermodul protokolliert werden, vorausgesetzt, dass das DUT Software enthält, die dies erlaubt. Optional können Parameter vom Basisstation-Emulator aufgezeichnet werden. Das Steuermodul erzeugt somit eine Parameterprotokolldatei, die alle aufgezeichneten Geräte-Performanceleistungen während der Meßfahrt enthält. Die Performance-Parameter werden vorstehend und an anderer Stelle erwähnt.
Ein Software-Analysemodul 534 wird anschließend verwendet, um die Protokolldatei zu analysieren und die gewünschten Daten aus einer Kombination von einer Anzahl der Protokolldateien zu extrahieren. Zum Beispiel kann eine kumulative Verteilungsfunktion von Signalstärke oder Datendurchsatz erzeugt und dazu verwendet werden, die virtuellen Meßfahrtenergebnisse zu repräsentieren.
Der Kanalmodellierungsschritt wird nun detaillierter beschrieben. Um einen Satz von Breitband-Kanalmatrizen zu berechnen, der für orthogonale Frequenzteilungs-Multiplexing-(OFDM - orthogonal frequency division multiplexing)-Modellierung geeignet ist, wird nach dem folgenden Vorgehen verfahren. Ein Punkt-Quelle-3D-Ray-Tracing wird von der Basisstation zu jedem Fahrzeugstandort wie vorstehend beschrieben durchgeführt. Dies stellt Informationen zu Amplitude, Phase, Zeitverzögerung, Austritts-Azimut- und Elevations-Abstrahl-(AoD - Angle of Departure)- und Eintreff-(AoA- Angle of Arrival)-Winkel für jede Mehrwegekomponente (MPC) des Funksignals zwischen der Basisstation-Antenne und der Fahrzeug-Antenne bereit. Die komplexe Verstärkung jedes MPCs wird nach den Musterantworten des elektrischen Felds (E) der sendenden (Tx) und empfangenden (Rx) Antenne für den entsprechenden AoD/AoA und Polarisation eingestellt. Die richtungsaufgelöste zeitvariante Kanalimpulsantwort h für eine Verbindung ist durch die folgende Gleichung gegeben: $\begin{matrix} h (t, τ, Ω_{A o D}, Ω_{A o A}) = \sum_{l = 1}^{L} h_{l} (t, τ, Ω_{A o D}, Ω_{A o A}) \\ = \sum_{l = 1}^{L} E_{l} (t) δ (τ - τ_{l}) δ (Ω_{A o D} - Ω_{A o D, l}) δ (Ω_{A o A} - Ω_{A o A, l}) \end{matrix}$
wobei: $E_{l} (t) = {[\begin{matrix} E_{T x}^{V} \\ E_{T x}^{H} \end{matrix}]}^{T} [\begin{matrix} a_{l}^{V V} e^{j φ_{l}^{V V}} & a_{l}^{V H} e^{j φ_{l}^{V H}} \\ a_{l}^{H V} e^{j φ_{l}^{H V}} & a_{l}^{H H} e^{j φ_{l}^{H H}} \end{matrix}] [\begin{matrix} E_{R x}^{V} \\ E_{R x}^{H} \end{matrix}] e^{j 2 π v_{l} t}$
In der vorstehenden Gleichung ist δ(·) die Dirac-Delta-Funktion, t ist die Variable der Zeit, τ ist die Flugzeit, Ω_AoD/Ω_AoA repräsentiert den Abstrahl-/Eintreff-Raumwinkel und L ist die Gesamtanzahl an MPCs. Die l^te-MPC hat eine richtungsaufgelöste zeitvariante Kanalimpulsantwort h_l, eine komplexe Amplitude $a_{l}^{XY} e^{j φ_{l}^{XY}}$
(2x2-Matrix für alle vier Polarisationskombinationen), eine Flugzeit τ_l, eine Doppler-Frequenz υ_l, und Abstrahl-/Eintreff-Raumwinkel $Ω_{A o D, l} / Ω_{A o A, l \cdot} E_{T x}^{V / H} / E_{R x}^{V / H}$
repräsentieren die senkrechten/waagerechten Polarisationskomponenten des Strahlungsmusters des elektrischen Felds der Sende- und der Empfangs-Antenne. Die Dopplerfrequenzverschiebung υ_l ist gegeben durch: $v_{l} = \frac{‖ v ‖ c o s (ω_{A o A, l} - ω_{v}) c o s (ζ_{A o A, l} - ζ_{v})}{λ}$
wobei v die Geschwindigkeit des Autos ist, ω_AoA,l der Azimut AoA der l^ten MPC ist, ζ_AoA,l die Elevation AoA der I-ten MPC ist, ω_v die Fahrtrichtung des Autos in Azimut ist, ζ_v die Fahrtrichtung des Autos in Elevation ist und λ die Trägerwellenlänge ist. In den nachfolgenden Simulationen auf Systemebene wird die sich über die Zeit ändernde Art des Kanals berücksichtigt, indem angenommen wird, dass der Ausbreitungskanal innerhalb einer Paketübertragung aufgrund der durch die Fahrzeugbewegung eingebrachten Dopplerverschiebungen zwischen aufeinander folgenden OFDM-Symbolen alterniert.
Es wird davon ausgegangen, dass die erzeugten Strahlen den MPCs der Kanalimpulsantwort entsprechen. Daher wurde auf die erfassten Strahlen Time-Binning mit einer Zeitauflösung gleich dem Kehrwert der Signalbandbreite angewandt. Die Breitband-Kanalfrequenzantwort G(f) = [g₁, g₂, ... , g_N], wobei g_k den Frequenzdomänenkanal für den kten Unterträger repräsentiert, wurde unter Verwendung einer diskreten FourierTransformation (DFT) berechnet. $G (f) = F {h}$
Das Kanalmodell kann einfach auf Arrays mit Mehrfachantennenelementen ausgeweitet werden, unter Berücksichtigung einer relativen Phasenverschiebung von jedem Element in Bezug auf einen Nullphasen-Referenzpunkt innerhalb des Arrays, wie durch die nachstehende Gleichung dargestellt: $e^{j \vec{k} \vec{d}} = e^{j \frac{2 π}{λ} (x^{0} s i n θ c o s ϕ + y^{0} s i n θ s i n φ + z^{0} c o s θ)}$
wobei x⁰, y⁰, z⁰ die Position des Antennenelements in Bezug auf den Nullphasen-Referenzpunkt am Empfangsarray (ähnlich für die sendende Seite) ist, $\vec{k}$
der Wellenvektor ist und θ, ϕ die Elevations- und Azimutwinkel im sphärischen Referenzkoordinatensystem sind.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthalten auch ein System und Verfahren zum Verarbeiten von 3D-Ray-Tracing-Kanälen, die zum Laden in den Kanalemulator erforderlich sind. Darüber hinaus wird eine umfassende Übersichtsanalyse der bei den Emulationen eingesetzten Antennenstrahlungsmuster bestimmt. Die Simulationsparametereinstellungen werden zusammen mit dem vorgeschlagenen Konfigurations-Setup des leitfähigen Systems bestimmt. Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun beschrieben.
4 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Übersicht einer Umsetzung der Nachbearbeitung der erzeugten Kanäle ist, die die spezifischen Fahrzeug- und Basisstations-Antennenmuster beinhaltet und den Ausgang in das von einem HF-Fading-Emulator akzeptierte Format umwandelt.
In einem ersten Schritt 700 werden die ursprünglichen Antennenmuster für die Basisstation oder Stationen und das DUT bestimmt. Zum Beispiel kann der Antennentyp bestimmt werden und die Muster diese erzeugen [sic!] werden durch Messung, Simulation oder von einem Speicherort gesammelt. Daten werden sowohl für die Uplink- als auch Downlink-Übertragungen gesammelt.
Schritt 702 extrahiert Muster aus den Messungen und wandelt das DUT-Antennenmuster in ein benötigtes Format um. Zum Beispiel kann dies erforderlich sein, um die Antennensimulationsdatei von 2 Grad-Schritten in 1 Grad-Schritte, wie bei der Kanalmodellierung erforderlich, umzuwandeln. Dieser Schritt kann entfallen, falls kein Interpolationsverfahren erforderlich ist. Der Ausgang 704 ist eine Version des Antennenmusters ist abgeleitet [sic!], die vom erforderlichen Format ist, zum Beispiel Mat Lab-kompatibel.
In Schritt 706 wird ein Musterrotations- und -translationsschritt ausgeführt. Dieser Schritt stellt die Orientierung des Antennenmusters korrekt nach der Fahrtrichtung an jedem Ray-Tracing-Punkt entlang der virtuellen Meßfahrtroute ein. Somit wird ein gedrehtes und verschobenes Antennenmuster als Ausgang 708 erzeugt. In Schritt 710 wird auf die ursprüngliche Ray-Tracing-Datei zugegriffen.
Das gedrehte und verschobene Antennenmuster und das ursprüngliche Ray-Tracing werden in Schritt 712 verarbeitet, um Kanalimpulsantwort-(CIR - Channel Impulse Response)-Dateien zu erzeugen. Diese Dateien enthalten Informationen von nachbearbeiteten Kanälen mit für die Verbindungen zwischen jedem mit Lichtstrahlen verfolgten Punkt zur zugehörigen (maßgeblichen) BS eingebetteten Antennenmustern. Der Prozess von Schritt 712 wird in einer Schleife durchgeführt für jeden aufeinander folgenden Punkt auf der virtuellen Testroute, für den das Ray-Tracing durchgeführt wird. Die Anzahl der Wiederholungen variiert daher mit der Länge des VDT-Szenarios. Die Funktion erzeugt eine entsprechende Anzahl von individuellen Basisstation-zu-DUT-CIR-Dateien, für eine einzelne Basisstation und alle möglichen DUT-Positionen, bei einer einzigen Mittenfrequenz. Für ein Szenario mit zwei Basisstationen muss derselbe Prozess insgesamt vier Mal wiederholt werden, für die Uplink- und Downlink-Mittenfrequenzen sowohl der ersten (BS1) als auch der zweiten (BS2) Basisstation. Das Endergebnis einer derartigen Verarbeitung sind dementsprechend die CIR-Dateien 716.
Ebenfalls in Schritt 712 werden n interpolierte Punkte unter Verwendung der nachstehenden Gleichung berechnet, um plötzliche Änderungen in den Kanälen zwischen beliebigen zwei Punkten, für die Ray-Tracing durchgeführt wurde, zu vermeiden. $H_{u p d a t e} = c * H (M S_{i d}) + (1 - c) * H (M S_{i s} + 1),$
wobei c einen n-Schritt-Koeffizienten repräsentiert, um sicherzustellen, dass jedes Update ein zeitkorrelierter Kanal ist, der beide Ankerpunkte bei MS_id und (MS_id+1) berücksichtigt. Infolgedessen erweitert sich die Anzahl der Punkte um das n -Fache und sie werden zeitkorreliert. In Schritt 718 werden die CIR-Dateien in ein geeignetes Format kompiliert, wie z. B. eine Propsim-Konfigurationsdatei. Dies ist nötig, um einen Satz an CIR-Dateien im korrekten Format, das vom Emulator akzeptiert wird, zu erzeugen. Diese Funktion könnte dementsprechend für andere äquivalente Emulator-Hardwaretypen modifiziert werden. Der resultierende Endausgang 720 wird dann an den Emulator zur weiteren Verarbeitung gesandt.
Unter Bezugnahme auf 5 wird die Leitfähigkeits-Testphase mit dem Kanalemulator detaillierter beschrieben. Der Kreis enthält einen Kanalemulator 800, der mit dem DUT 802 und einem LTE-Basisstations-Emulator 804 verbunden ist. Die resultierenden Kanaldaten (aus 4) werden in den Kanalemulator geladen mit dem zu prüfenden Gerät, wie zum Beispiel einer Telematik-Steuervorrichtung oder dergleichen, ist verbunden, wie beschrieben [sic!]. Die Telematik-Steuervorrichtung ist eine elektronische Steuervorrichtung in dem Fahrzeug, die für die meisten Funktionen im Zusammenhang mit Fahrzeugkommunikation mit dem Internet, z. B. eCall, Ortung eines gestohlenen Fahrzeugs, Wi-Fi-Hotspot, Internetradio usw., verantwortlich ist.
Das zu prüfende Gerät (in diesem Fall die Telematik-Steuervorrichtung des Autos) kommuniziert mit dem LTE-Basisstations-Emulator über den emulierten Funkkanal, und Performance-Parameter werden aufgezeichnet. Diese können Beispiele wie z. B. Referenzsignal-Empfangsleistung (RSRP), Verhältnis von Signal zu Interferenz plus Rauschen (SINR) und Durchsatz auf Anwendungsebene enthalten. Die Parameter können entweder durch Protokollierung im Gerät selbst durch Software, die dazu in der Lage ist, die Parameter aus dem Geräte-Chipsatz abzufragen, oder an einem Basisstation-Emulator aufgezeichnet werden.
Die resultierenden Performance-Parameter können verwendet werden, um zu bestimmen, ob das gegebene DUT ausreichend gut in der geprüften Umgebung arbeitet, oder um seine Performance mit der von ähnlichen Geräten zu vergleichen, oder um seine Performance mit unterschiedlichen Antennenvarianten am Auto zu vergleichen. Falls die Performance-Parameter nicht zufriedenstellend sind, können weitere Tests erforderlich sein oder es kann notwendig sein, das DUT zu überarbeiten, um die erforderlichen Performance-Parameter zu erfüllen.
In einer Ausführungsform werden Testergebnisse von einer Hardware-in-the-Loop-(HIL)-Emulation (das zum Beispiel in 5 dargestellte Setup) mit Testergebnissen von einer Prüfung auf der Straße verglichen, um zu bestätigen, dass die Simulations- und Emulations-Tools ein Szenario aus der Realität genau widerspiegeln und man sich somit auf sie verlassen kann, um die Performance einer Telematik-Steuereinrichtung vorherzusagen, ohne auf umfangreiche Meßfahrten zurückzugreifen. In 5 kann, wie vorstehend erwähnt, das DUT 802, an dem der VDT-HIL-Test durchgeführt werden sollen [sic!], die Telematik-Steuervorrichtung umfassen. Andere DUT können gleichermaßen für den Test angeschlossen werden.
Nachdem die Testergebnisse vom HIL-Emulationsschritt gesammelt wurden, wird das Verfahren wiederholt, wobei erneut mit einer neuen Route, die für dieselbe Umgebungsklassifizierung erzeugt wird (oder aus einer Bibliothek von zuvor erzeugten Routen ausgewählt wird), begonnen wird. Sobald ausreichend Daten für die gewählte Umgebungsklasse gesammelt wurden, ist der VDT abgeschlossen. Die Ergebnisse der verschiedenen Meßfahrten können verglichen werden, um die Brauchbarkeit des DUT für die Ausführung der von ihm geforderten Funktionen in jeder beliebigen Umgebung zu validieren.
Während die Durchführung virtueller Meßfahrten nach dem Erzeugen der Testszenarios weniger ressourcenintensiv ist als die von Meßtests auf der Straße, stellt die vorliegende Erfindung ein virtuelles Meßfahrten-Szenario bereit, das einem gegebenen Fall aus der Realität entspricht, und kalibriert ist, damit es korrekt ist. Die vorliegende Erfindung vermeidet die mit dem früheren Stand der Technik verbundene aufwändige Konfiguration der Szenarios, indem stattdessen der VDT mit generischen Szenarioklassen konfiguriert wird und genug Tests innerhalb jeder Szenarioklasse durchgeführt werden, damit die Ergebnisse statistisch analysiert werden können. Infolgedessen ist es weniger dringend geboten, dass jeder individuelle Test tatsächlich einem bestimmten Fall aus der Realität entspricht.
Um dies zu beweisen, wurde unter Verwendung vorgegebener Kartendaten eine Mehrzahl von Routen erzeugt. Die Mehrzahl von Routen kann manuell oder automatisch erzeugt werden. Die Mehrzahl von Routen kann automatisch erzeugt werden, indem Routenplanungsalgorithmen oder Tools zum automatischen Bestimmen einer Route zwischen zwei zufällig abgebildeten Punkten innerhalb des geografischen Datensatzes, in dem der VDT ausgeführt werden sollte, verwendet werden. Diese enthalten eine Mehrzahl an städtischen Testrouten, dicht besiedelten städtischen Routen, vorstädtischen Routen und ländlichen Routen. Dadurch kann es unnötig werden, spezifische (und möglicherweise vertrauliche) Daten von einem oder mehreren Mobilnetzwerkbetreibern in der spezifischen Testregion zu erhalten. Jede Route enthält repräsentative Annahmen oder echte Daten für Basisstations-Bereitstellung, zum Beispiel mit sowohl 800 MHz als auch 2600 MHz, was die oberen und unteren Grenzen der Frequenzen darstellt, die im Allgemeinen für LTE-Netzwerk-Bereitstellung verwendet werden.
6 zeigt einen Vergleich von virtuellen Meßfahrtdaten für das 800 MHz-Band und das 2600 MHz-Band. Basierend auf den getroffenen Annahmen über die Bereitstellung von Basisstationen mit 800 MHz und 2600 MHz innerhalb des Testszenarios zeigt 6 den 800 MHz-Fall bietet [sic!] einen mittleren Durchsatzgrad von nahezu dem Zweifachen von dem des 2600 MHz-Falls. Dies beruht auf den verbesserten Ausbreitungseigenschaften bei der niedrigeren Frequenz. Obwohl die virtuellen Meßfahrtergebnisse nicht direkt einem bestimmten Fall aus der Realität entsprechen, zeigt die Erfindung, dass die Szenarien einen Vergleich von unterschiedlichen Systemkonfigurationen unter kontrollierten Bedingungen erlauben. Zum Beispiel könnte der Vergleich gleichermaßen zwischen einem Antennensystem von einem ersten Hersteller und einem von einem zweiten Hersteller gemacht werden. Alternativ könnte ein Vergleich zwischen zwei Systemen, die von unterschiedlichen Fahrzeug-OEMs verwendet werden, vorgenommen werden. Jeder geeignete Vergleich kann ausgewählt werden und das Ergebnis wird zuverlässig sein. Es sei darauf hingewiesen, dass der Vergleich mittels des Vergleichens von RSRP oder Durchsatzgraphen über den Routenverlauf hinweg erreicht werden kann. Im Fall der Graphen wird der Vergleich durch eine Analyse der kumulativen Verteilungsfunktion (CDF - Cumulative Distribution Function) der Parameter vorgenommen. Alternativ können Vergleichsmessungen zwischen unterschiedlichen Konfigurationen unter Verwendung einer gegebenen Szenarioklasse durchgeführt werden. Das im Graph in 6 gegebene Beispiel gilt für den 800 MHz-Betrieb versus 2600 MHz Betrieb, obwohl es gleichermaßen eine gegenüber einer anderen Telematik-Steuervorrichtung oder eine gegenüber einer anderen Fahrzeugantenneninstallation gewesen sein hätte können. Zum Beispiel kann eine in einer Dachverkleidung montierte 2-Element-LTE-Antenne mit derselben an einem alternativen Ort, wie z. B. der hinteren Stoßstange des Fahrzeugs, montierten Antenne verglichen werden. Jeder andere Vergleich kann angestellt werden.
Die Szenarioklassen „dicht besiedelt städtisch“, „städtisch“ usw. können zusätzlich in spezifische Klassen nach der modellierten Funktechnologie und ihrer Betriebsfrequenz unterteilt werden, da die Regeln für die typische Installation von Sendern je nach Technologietyp variieren. Zum Beispiel ist aufgrund der Ausbreitungseigenschaften in einem Mobilfunknetz eine Zellengröße bei 2600 MHz erheblich kleiner als bei 800 MHz, und das sollte sich im VDT-Szenario widerspiegeln.
Regeln bezüglich typischer Netzwerkbereitstellungen können Aspekte enthalten wie z. B. Basisstationshöhe, Leistungsgrad, Abstand zwischen Zellen, Überlagerung von unterschiedlichen Frequenzbändern, Mobilfunktechnologievarianten (z. B. Frequenzduplexbetrieb (FDD - Frequency Division Duplexing) / Zeitduplexbetrieb (TDD-Time Division Duplexing), Verwendung von Carrier-Aggregation usw. Zum Beispiel schreibt in Großbritannien die OFCOM derzeit eine Grenze von 61 dBm/ (5MHz) äquivalenter isotroper Strahlenleistung (EIRP - Equivalent Isotropically Radiated Power) als maximale Übertragungsleistung für 900 MHz und 1800 MHz LTE-Basisstationen vor. Daten weisen darauf hin, dass die meisten Basisstationen in Großbritannien in der Vergangenheit die maximale im Rahmen ihrer Lizenzen erlaubte EIRP tendenziell nicht verwendeten. Diese Regeln können in unterschiedlichen Regionen der Welt unterschiedlich sein und dementsprechend bei der vorliegenden Erfindung als Faktor berücksichtigt werden. Zum Beispiel wird in den USA LTE im 1700 MHz-Frequenzband bereitgestellt, aber nicht in Europa. Maßgebliche Netzwerkbereitstellungsregeln könnten in der Praxis identifiziert und nach Bedarf angewandt werden. Indem diese Regeln bei der Erzeugung der VDT-Szenarien abgebildet werden, kann der VDT-Benutzer darauf vertrauen, dass die Szenarien die Betriebsumgebung von Interesse widerspiegeln.
Modul 514 kann die vorstehend erwähnten Regeln verwenden, um die physischen und elektrischen Eigenschaften der LTE-Basisstations-Daten zu erzeugen. Die erzeugten LTE-Basisstations-Daten sind repräsentativ für LTE-Basisstations-Daten in einer Umgebung in der Realität an einem gegebenen Ort. Die vom Modul 514 erzeugten LTE-Basisstations-Daten können in Modul 516 eingegeben werden, zusammen mit vom Modul 512 erhaltenen geografischen Daten, und verwendet werden, um Hauptfunkfrequenz-Ausbreitungsphänomene vorherzusagen.
Die vorliegende Erfindung enthält ein Verfahren zum Konfigurieren eines VDT-Szenarios unter Verwendung von Parametern wie z. B. der Basisstation-Übertragungsleistung und Betriebsfrequenz usw., unter der Annahme, dass diese Daten für die Umgebung, die zu modellieren ist, zur Verfügung stehen.
Eine technische Auswirkung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besteht darin, HF-Kanal-Emulations- und Basisstations-Emulations-Hardwareeinheiten zu konfigurieren, um das Ausgangssignal von diesen Geräten gemäß dem fraglichen Szenario oder der fraglichen virtuellen Fahrroute zu ändern und/oder zu steuern. Das Ausgangssignal ist an den 4 HF-AUS-Anschlüssen des Emulators 800 in 5 dargestellt. Es wird verwendet, um das DUT 802 auf eine Weise zu betreiben, die widerspiegelt, wie das Gerät im modellierten Szenario betrieben wird. Der Ausgang hat auch Auswirkungen auf das Verhalten und die Performance des zu prüfenden Geräts, was die Vornahme von Messungen erlaubt, die dem Szenario entsprechen.
Zur Klarstellung: ein Ausgangsdatensatz als ein Ergebnis der Emulation umfasst die Performance-Ergebnisse, die während der Emulation vom DUT gemessen wurden. Die Emulation selbst enthält das Erzeugen von Funksignalen basierend auf dem Kanalmodell; die Funksignale werden in das DUT eingespeist; der Ausgangsdatensatz besteht aus Performance-Ergebnissen, die vom DUT während der Emulation gemessen werden.
Da Simulation und Emulation das Ausführen der Prüfung von Drahtlos-Geräten in einem Labor erlauben (anstatt in Meßfahrten in der Realität) müssen die vielen zur Ausführung aller Szenarien innerhalb einer Umgebungsklasse benötigten Testläufe weder erheblichen Bedieneraufwand noch Zeit erfordern. Die Einsparungen im Hinblick auf Zeit und Kosten sind potenziell enorm. Andere Vorteile der verschiedenen Merkmale der vorliegenden Erfindung können zu anderen technischen Lösungen für die verschiedenen durch die vorliegende Erfindung angegangenen Probleme führen.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf eine Kombination von Hardware- und Software-Elementen beschrieben. Es versteht sich, dass die Hardware in Software umgesetzt werden kann und umgekehrt. Jede Kombination von Hardware und Software soll von der vorliegenden Erfindung erfasst werden. Wo Verfahrensschritte in der Software oder Hardware ausgeführt werden, kann es ein entsprechendes Modul geben, das jeden Schritt ausführt.
Im Allgemeinen können die zur Umsetzung der Ausführungsformen der Erfindung ausgeführten Routinen als Computerprogrammcode bezeichnet werden. Programmcode umfasst typischerweise computerlesbare Befehle, die sich zu verschiedenen Zeiten in verschiedenen Memory- und Speichergeräten im Computer befinden, und die bewirken können, dass der Computer die zur Ausführung der Vorgänge oder Funktionen und/oder Elemente, die die verschiedenen Aspekte der Ausführungsformen der Erfindung verkörpern, notwendigen Vorgänge ausführt.
Der in jeder der hierin beschriebenen Anwendungen/Module beschriebene Programmcode ist in der Lage, individuell oder kollektiv als ein Programmprodukt in einer Vielzahl unterschiedlicher Formen verteilt zu werden. Insbesondere kann der Programmcode verteilt werden unter Verwendung eines computerlesbaren Speichermediums mit computerlesbaren Programmbefehlen darauf, um zu bewirken, dass ein Prozessor Aspekte der Ausführungsformen der Erfindung ausführt.
In einem computerlesbaren Medium gespeicherte computerlesbare Programmbefehle können verwendet werden, um einen Computer, andere Arten von programmierbarer datenverarbeitender Vorrichtung oder andere Geräte anzuleiten, auf eine bestimmte Weise zu funktionieren, so dass die auf dem computerlesbaren Medium gespeicherten Befehle ein Erzeugnis produzieren, einschließlich Befehlen, die die in den Flussdiagrammen, Abfolgediagrammen und/oder Blockdiagrammen spezifizierten Funktionen, Handlungen und/oder Vorgänge umsetzen. Die computerlesbaren Befehle können für einen oder mehrere Prozessoren jedes Computers oder jegliche andere programmierbare datenverarbeitende Vorrichtungen zur Herstellung einer Maschine bereitgestellt werden, die eine Reihe von Berechnungen ausführen und damit deren Ausführung bewirken, um die in den Flussdiagrammen, Abfolgediagrammen und/oder Blockdiagrammen spezifizierten Funktionen, Handlungen und/oder Vorgänge umzusetzen.
In bestimmten alternativen Ausführungsformen können die in den Flussdiagrammen, Blockdiagrammen und dergleichen spezifizierten Funktionen, Handlungen und/oder Vorgänge neu angeordnet oder auf eine andere Weise verarbeitet werden.
Viele Änderungen können an den vorhergehenden Beispielen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung nach der Definition in den beigefügten Patentansprüchen abzuweichen.

Claims

System (500) zum Bestimmen einer Performance-Metrik für ein Drahtlos-System in einer virtuellen Umgebung, wobei das Drahtlos-System zwei oder mehrere Antennen umfasst, die angepasst sind, Signale dazwischen zu senden und/oder zu empfangen, wobei mindestens eine der zwei oder mehreren Antennen angepasst ist, zwei oder mehrere Positionen innerhalb der virtuellen Umgebung einzunehmen, wobei das System Folgendes umfasst: ein Modul (502) zum Erzeugen einer Mehrzahl von Routen durch die virtuelle Umgebung, wobei die oder jede Route eine Mehrzahl von Punkten in der virtuellen Umgebung umfasst; ein Kanalmodellierungsmodul (504), das konfiguriert ist, geografische Topografiedaten bezüglich jedes der Mehrzahl von Punkten in der virtuellen Umgebung zu erhalten, und das konfiguriert ist, LTE-Basisstations-Daten für eine Umgebungsklasse an jedem der Punkte der virtuellen Umgebung zu erhalten; einen Emulator (510) zum Empfangen eines Ausgangs aus dem Kanalmodellierungsmodul (504) und Nachbilden einer Eigenschaft eines von mindestens einer der Antennen erzeugten Signals basierend auf dem Ausgang an jedem der Mehrzahl von Punkten; und ein Modul zum Bestimmen der Mehrzahl von Performance-Parametern des Drahtlos-Systems in Abhängigkeit von den nachgebildeten Eigenschaften des Signals; und ein Auswertungsmodul zum Auswerten jedes Performance-Parameters, um die Performance-Metrik für das Drahtlos-System zu bestimmen.
System (500) nach Anspruch 1, wobei das System (500) ein Bestimmungsmodul (516) umfasst, das konfiguriert ist, einen Funkausbreitungskanal zwischen den zwei oder mehreren Antennen an jedem beliebigen der Mehrzahl von Punkten in der Umgebung zu bestimmen, um einen Funkausbreitungskanal-Datensatz zu erzeugen; und wobei der Emulator (510) konfiguriert ist, das Fading jedes Signals nachzubilden, welches angepasst ist, von einer Antenne zu einer anderen der zwei oder mehreren Antennen an einem oder mehreren Punkten auf der oder jeder Route zu laufen, um ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem Funkausbreitungskanal-Datensatz zu erzeugen.
System (500) nach Anspruch 2, wobei das Bestimmungsmodul (516) ein Ray-Tracing-Modul umfasst, das konfiguriert ist, die Haupt-Funkfrequenzausbreitungsphänomene basierend auf den geografischen Topografie-Daten und den LTE-Basisstations-Daten vorherzusagen.
System (500) nach Anspruch 3, wobei das System (500) konfiguriert ist, eine virtuelle Meßfahrt basierend auf einem oder mehreren Routen-Datensätzen und den entsprechend nachgebildeten Signalen durchzuführen, um den einen oder die mehreren Performance-Parameter des Drahtlos-Systems zu bestimmen.
System (500) nach Anspruch 4, wobei die virtuell Meßfahrt Folgendes umfasst: Bestimmen erster und zweiter Antennenmuster entweder durch Messung der Antennen oder durch eine Simulation; Einbinden der Antennenmuster in den Funkausbreitungskanal-Datensatz; Einschalten eines zu prüfenden Geräts zum Prüfen, indem die oder jede nachzubildende Antenne umgangen wird; Betreiben des zu prüfenden Geräts auf eine vorgegebene Weise; Nachbilden einer Emulation eines Szenarios, in dem das zu prüfende Gerät geprüft werden soll, mittels eines Kanalemulators (528); und Erfassen der Ergebnisse der Emulation des zu prüfenden Geräts in dem Szenario, um zu ermitteln, ob sich das zu prüfende Gerät innerhalb vorgegebener Performance-Eigenschaften verhält.
System (500) nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Nachbildens mittels des Kanalemulators Folgendes umfasst: Schrittweises Durchlaufen eines vorgegebenen Kanalmodells für jeden aufeinander folgenden Ort auf der Route, wobei ein Fahrzeug (102), das sich entlang der Route bewegt, simuliert wird, und Messen der Performance von mindestens einem zu prüfenden Gerät an jedem aufeinander folgenden Ort.
System (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System (500) konfiguriert ist, Routen in Abhängigkeit von einer oder mehreren Umgebungsklassen oder Szenarioklassen und/oder in Abhängigkeit von einem oder mehreren eines Signalstärkemodells oder eines Frequenzmodelle [sic!] und/oder in Abhängigkeit von einem oder mehreren unterschiedlichen Szenarien, wie zum Beispiel städtischen, halbstädtischen oder ländlichen Umgebungen, zu erzeugen.
Verfahren zum Bestimmen einer Performance-Metrik eines Drahtlos-Systems (500) in einer virtuellen Umgebung, wobei das Drahtlos-System zwei oder mehrere Antennen umfasst, die angepasst sind, Signale dazwischen zu senden und/oder zu empfangen, wobei mindestens eine der zwei oder mehreren Antennen angepasst ist, zwei oder mehrere Positionen innerhalb der virtuellen Umgebung einzunehmen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erzeugen einer Mehrzahl von Routen durch die virtuelle Umgebung, wobei die oder jede Route eine Mehrzahl von Punkten in der virtuellen Umgebung umfasst; Durchführung einer Kanalmodellierung in Abhängigkeit von erhaltenen geografischen Topografiedaten bezüglich jedes der Mehrzahl von Punkten in der virtuellen Umgebung und von bestimmten LTE-Basisstations-Daten für eine Umgebungsklasse für jeden der Punkte in der virtuellen Umgebung; Nachbilden einer Eigenschaft eines von mindestens einer der Antennen erzeugten und von einer anderen der Antennen empfangenen Signals basierend auf der Kanalmodellierung; Bestimmen einer Mehrzahl von Performance-Parametern des Drahtlos-Systems in Abhängigkeit von den nachgebildeten Eigenschaften des Signals; und Durchführung einer Auswertung jedes Performance-Parameters, um die Performance-Metrik für das Drahtlos-System zu bestimmen.
Antenne (104), konfiguriert basierend auf der Auswertung jedes Performance-Parameters, der gemäß dem Verfahren nach Anspruch 8 oder unter Verwendung des Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchgeführt wurde.
Fahrzeug (102), das eine Antenne (104) nach Anspruch 9 enthält.