DE102018221117A1 - Device and method for generating high-frequency transmission signals - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung hochfrequenter Sendesignale vorgeschlagen, bei der die Trägerfrequenz im Sendeverlauf sprunghaft verändert wird, so dass die Einschwingzeit nach einer sprunghaften Änderung der Trägerfrequenz reduziert wird oder die Einschwingeffekte nach einer sprunghaften Änderung der Trägerfrequenz eliminiert werden, indem eine erste Teilschaltung zur Trägerfrequenzerzeugung und eine zweite Teilschaltung zur Trägerfrequenzerzeugung vorgesehen sind, und die Vorrichtung einen Hochfrequenz-Umschalter aufweist, dem die Ausgangssignale der ersten und der zweiten Teilschaltung zugeführt werden und als Sendesignal wechselseitig das Ausgangssignal der ersten oder der zweiten Teilschaltung ausgegeben wird, wobei der Hochfrequenz-Umschalter zur sprunghaften Veränderung der Trägerfrequenz das Ausgangssignal der bislang nicht durchgeschalteten Teilschaltung als neues Sendesignal durchschaltet.An apparatus and a method for generating high-frequency transmission signals is proposed, in which the carrier frequency is changed abruptly in the course of the transmission, so that the settling time after a sudden change in the carrier frequency is reduced or the settling effects after a sudden change in the carrier frequency are eliminated by a first one Subcircuit for carrier frequency generation and a second subcircuit for carrier frequency generation are provided, and the device has a high-frequency switch, to which the output signals of the first and second subcircuits are supplied and the output signal of the first or second subcircuit is alternately output as the transmission signal, the high frequency -Switch for the sudden change in the carrier frequency switches the output signal of the subcircuit not previously switched through as a new transmission signal.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung hochfrequenter Sendesignale, bei der die Trägerfrequenz im Sendeverlauf sprunghaft verändert wird, so dass die Einschwingzeit nach einer sprunghaften Änderung der Trägerfrequenz reduziert wird oder die Einschwingeffekte nach einer sprunghaften Änderung der Trägerfrequenz eliminiert werden, indem eine erste Teilschaltung zur Trägerfrequenzerzeugung und eine zweite Teilschaltung zur Trägerfrequenzerzeugung vorgesehen sind, und die Vorrichtung einen Hochfrequenzumschalter aufweist, dem die Ausgangssignale der ersten und der zweiten Teilschaltung zugeführt werden und als Sendesignal wechselseitig das Ausgangssignal der ersten oder der zweiten Teilschaltung ausgegeben wird, wobei der Hochfrequenz-Umschalter zur sprunghaften Veränderung der Trägerfrequenz das Ausgangssignal der bislang nicht durchgeschalteten Teilschaltung als neues Sendesignal durchschaltet.The present invention relates to a device and a method for generating high-frequency transmission signals, in which the carrier frequency is changed abruptly in the course of the transmission, so that the settling time after a sudden change in the carrier frequency is reduced or the settling effects after a sudden change in the carrier frequency are eliminated by a first subcircuit for carrier frequency generation and a second subcircuit for carrier frequency generation are provided, and the device has a high-frequency switch to which the output signals of the first and second subcircuits are fed and the output signal of the first or second subcircuit is alternately output as the transmission signal, the high-frequency Changeover switch for the sudden change in the carrier frequency switches the output signal of the subcircuit which has not been switched through as a new transmission signal.
Stand der TechnikState of the art
Aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der Kern der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung hochfrequenter Sendesignale anzugeben, bei denen die Trägerfrequenz im Sendeverlauf sprunghaft verändert wird. Dabei bilden sich üblicherweise aufgrund der Einschwingzeiten der verwendeten, spannungsgesteuerten Oszillatoren Totzeiten, so dass während der Einschwingeffekte der Oszillatoren Zeitdauern entstehen, in denen das Radarsignal nicht ausgewertet werden kann. Aufgrund der vorliegenden Erfindung werden die Einschwingzeiten nach einer sprunghaften Änderung der Trägerfrequenz reduziert und/oder die Einschwingeffekte nach einer sprunghaften Änderung der Trägerfrequenz eliminiert, so dass die Totzeiten des Sendesignals weitestgehend entfallen und somit das Sendesignal eine erhöhte zeitliche Verfügbarkeit aufweist.The essence of the present invention is to provide a device and a method for generating high-frequency transmission signals, in which the carrier frequency is changed abruptly in the course of the transmission. In this case, dead times usually form due to the settling times of the voltage-controlled oscillators used, so that during the settling effects of the oscillators time periods arise in which the radar signal cannot be evaluated. On the basis of the present invention, the settling times after an abrupt change in the carrier frequency are reduced and / or the settling effects after an abrupt change in the carrier frequency are eliminated, so that the dead times of the transmission signal are largely eliminated and the transmission signal thus has an increased temporal availability.
Erfindungsgemäß wird dieses durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.According to the invention, this is solved by the features of the independent claims. Advantageous further developments and refinements result from the subclaims.
Vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Teilschaltung zur Trägerfrequenzerzeugung identisch aufgebaut sind. Durch dieses Merkmal ergeben sich die gleichen elektrischen Einschwingzeiten und Schalteffekte bei der Umschaltung der Trägerfrequenz, so dass bei der Umschaltung nicht berücksichtigt werden muss, ob von der ersten zur zweiten Teilschaltung oder umgekehrt von der zweiten zur ersten Teilschaltung umgeschaltet wird. It is advantageously provided that the first and the second subcircuit for carrier frequency generation are constructed identically. This feature results in the same settling times and switching effects when the carrier frequency is switched over, so that it is not necessary to take into account when switching over whether switching from the first to the second sub-circuit or vice versa from the second to the first sub-circuit.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die erste und die zweite Teilschaltung zur Trägerfrequenzerzeugung jeweils aus einer geschlossen Phasenregelschleife mit einem spannungsgesteuerten Oszillator besteht. Diese Ausführung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da spannungsgesteuerte Oszillatoren sehr kompakt und für viele Frequenzbereiche ausgeführt werden können und durch die geschlossene Phasenregelschleife eine sehr stabile und zuverlässige Frequenzregelung ermöglicht wird.It is also advantageous that the first and the second subcircuit for carrier frequency generation each consist of a closed phase-locked loop with a voltage-controlled oscillator. This version has proven to be particularly advantageous since voltage-controlled oscillators can be designed to be very compact and for many frequency ranges, and the closed phase locked loop enables very stable and reliable frequency control.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass der Hochfrequenzumschalter eingerichtet ist, dass das Eingangssignal der Teilschaltung mindestens einem Absorber zugeführt wird. Hierdurch ist es möglich, dass das Eingangssignal der Teilschaltung, das momentan nicht am Ausgang des Hochfrequenzumschalters ausgegeben wird, keine Reflexionen oder Übersprecheffekte erzeugt, sondern im Absorber möglichst rückwirkungsfrei eliminiert wird. Dies kann beispielsweise geschehen, indem ein ohmscher Widerstand, dessen Widerstandswert an den Wellenwiderstand der Eingangsschaltung des Hochfrequenzumschalters angepasst ist und somit eine reflexionsfreie Absorption ermöglicht wird. Eine weitere Möglichkeit wäre, einen Absorptionsausgang am Hochfrequenzschalter vorzusehen, und das Ausgangssignal der momentan inaktiven Teilschaltung in eine Raumrichtung abzustrahlen, in der das Sendesignal nicht gestört wird.It is also advantageous that the high-frequency switch is set up such that the input signal of the subcircuit is supplied to at least one absorber. This makes it possible for the input signal of the subcircuit, which is not currently being output at the output of the high-frequency switch, not to generate any reflections or crosstalk effects, but to be eliminated in the absorber with as little reaction as possible. This can be done, for example, by using an ohmic resistance, the resistance value of which is matched to the characteristic impedance of the input circuit of the high-frequency switch, and thus allowing reflection-free absorption. Another possibility would be to provide an absorption output at the high-frequency switch and to radiate the output signal of the currently inactive subcircuit in a spatial direction in which the transmission signal is not disturbed.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Vorrichtung als Sendeeinrichtung für Mikrowellensignale oder Millimeterwellensignale integriert ist. Dabei kann die Vorrichtung insbesondere in einer Einrichtung vorgesehen sein, die eine sogenannte Stepped-OFDM-Modulation aussendet.
Eine Stepped-OFDM-Modulation besteht aus Sendesignalen, die jeweils aus mehreren Unterträgern bestehen, die zueinander ein Orthogonalitätskriterium erfüllen, beispielsweise indem diese so auf der Frequenzachse angeordnet sind, dass keine Intersymbolinterferenz (ISI) entsteht und sich somit nicht gegenseitig stören oder interferieren. Weiterhin wird dieses Ensemble orthogonaler Unterträger nach jedem Frequenzsprung (Step) so in seiner Trägerfrequenz verändert, dass die Sendesignale für vorgegebene Zeitdauern konstante Trägerfrequenzen aufweisen und sprunghaft auf eine neue, wiederum für eine vorbestimmte Zeitdauer konstante Trägerfrequenzen verändert werden. It is furthermore advantageous that the device is integrated as a transmission device for microwave signals or millimeter wave signals. The device can in particular be provided in a device which transmits a so-called stepped OFDM modulation.
A stepped OFDM modulation consists of transmission signals, each of which consists of several subcarriers exist that meet an orthogonality criterion with respect to one another, for example by arranging them on the frequency axis in such a way that no intersymbol interference (ISI) arises and thus do not interfere or interfere with one another. Furthermore, this ensemble of orthogonal subcarriers is changed in its carrier frequency after each frequency jump (step) in such a way that the transmission signals have constant carrier frequencies for predetermined periods of time and are abruptly changed to a new carrier frequencies, again constant for a predetermined period of time.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass das momentan nicht durchgeschaltete Trägerfrequenzsignal auf die neue Trägerfrequenz der nächsten sprunghaften Trägerfrequenzänderung eingestellt wird. Hierdurch ist es möglich, dass sich die erste Teilschaltung und die zweite Teilschaltung bei der Bereitstellung der durchzuschaltenden Sendesignale wechselseitig abwechseln und das momentan inaktive Trägerfrequenzsignal auf die zukünftige Trägerfrequenz eingestellt wird, so dass Einschwingzeiten oder Einschwingeffekte während der inaktiven Zeitdauer der inaktiven Teilschaltung abklingen und auf diese Teilschaltung umgeschaltet wird, wenn diese vollständig eingeschwungen ist.It is also advantageous that the carrier frequency signal that is not currently switched through is set to the new carrier frequency of the next abrupt change in carrier frequency. This makes it possible for the first subcircuit and the second subcircuit to alternate when the transmission signals to be switched through are provided, and for the currently inactive carrier frequency signal to be set to the future carrier frequency, so that settling times or settling effects decay during the inactive period of the inactive subcircuit and on them Sub-circuit is switched when it is fully settled.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass das durchgeschaltete Trägerfrequenzsignal zwischen zwei Umschaltungen zwischen den beiden Teilschaltungen nicht oder lediglich linear verändert wird. Falls vorgesehen ist, dass das Trägerfrequenzsignal zwischen zwei Umschaltungen nicht verändert wird, ergibt sich ein treppenförmiger Zeitverlauf der Trägerfrequenz des Sendesignals, der zeitweise seine Trägerfrequenz nicht verändert und damit in einem Frequenz-Zeit-Diagramm horizontale Zeitverläufe aufweist und vor dem nächsten, horizontalen Zeitverlauf einen Sprung in der Trägerfrequenz aufweist. Im Fall der lediglich linearen Veränderung ergeben sich linear ansteigende oder linear abfallende Frequenzrampen, die durch Sprünge in der Trägerfrequenz Unstetigkeitsstellen in ihrer Frequenz aufweisen. Hierdurch kann ein besonders großes Frequenzspektrum innerhalb einer sehr kurzen Zeit durchgesweept werden.Furthermore, it is advantageous that the switched-through carrier frequency signal between two switchovers between the two subcircuits is not changed or is only changed linearly. If it is provided that the carrier frequency signal is not changed between two switchovers, there is a step-like time profile of the carrier frequency of the transmission signal, which temporarily does not change its carrier frequency and thus has horizontal time profiles in a frequency-time diagram and one before the next horizontal time profile Has a jump in the carrier frequency. In the case of the merely linear change, there are linearly increasing or linearly decreasing frequency ramps which have discontinuities in their frequency due to jumps in the carrier frequency. This enables a particularly large frequency spectrum to be swept through within a very short time.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Dauer des Sendesignals zwischen zwei Umschaltungen der Trägerfrequenzsignale nur kurzzeitige Signale sind. Dies bedeutet, dass die Zeitdauer zwischen zwei Frequenzsprüngen des Trägerfrequenzsignals kurzgehalten werden sollen und somit schnell aufeinanderfolgende Sprünge ermöglicht werden. Dabei ist der begriff „kurzzeitig“ bzw. „schnell aufeinanderfolgend“ im Hinblick auf die Zeitdauer der charakteristischen Einschwingzeitdauer eines der spannungsgesteuerten Oszillatoren oder beider spannungsgesteuerter Oszillatoren zu verstehen. Dabei soll die Zeitdauer des Sendesignals zwischen zwei Umschaltungen maximal im Bereich der 1,5-fachen bis 5-fachen Zeitdauer der charakteristischen Einschwingzeit betragen, da bei sehr langsamen Frequenzsprüngen die nachteilige Einschwingzeit eher in Kauf zu nehmen ist, als bei Sendesignalen mit schnell aufeinanderfolgenden Frequenzsprüngen der Trägerfrequenz.It is also advantageous that the duration of the transmission signal between two switchovers of the carrier frequency signals are only short-term signals. This means that the time period between two frequency jumps of the carrier frequency signal should be kept short and thus rapid successive jumps are made possible. The term “short-term” or “quickly consecutive” is to be understood with regard to the duration of the characteristic settling period of one of the voltage-controlled oscillators or both voltage-controlled oscillators. The duration of the transmission signal between two switchovers should be a maximum of 1.5 times to 5 times the characteristic settling time, since the disadvantageous settling time is more acceptable in the case of very slow frequency hops than in the case of transmission signals with rapidly successive frequency hops the carrier frequency.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die erste Teilschaltung, die zweite Teilschaltung und der Hochfrequenz-Umschalter so gesteuert werden, dass das resultierende Sendesignal einen treppenförmig ansteigenden oder treppenförmig abfallenden Verlauf der Trägerfrequenz aufweist. Dabei kann der treppenförmig ansteigende oder treppenförmig abfallende Verlauf der Trägerfrequenz Zeitabschnitte mit konstanter Trägerfrequenz beinhalten. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass Zeitbereiche mit konstanter Trägerfrequenz oder mit linear veränderlicher Trägerfrequenz kombiniert werden können.Furthermore, it is advantageous that the first subcircuit, the second subcircuit and the high-frequency changeover switch are controlled in such a way that the resulting transmission signal has a course of the carrier frequency that rises or falls in a step-like manner. The rising or falling step-like profile of the carrier frequency can include time periods with a constant carrier frequency. Alternatively or additionally, it can be provided that time ranges can be combined with a constant carrier frequency or with a linearly variable carrier frequency.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Trägerfrequenzen der Ausgangssignale der ersten Teilschaltung und der zweiten Teilschaltung jeweils so gesteuert werden, dass diese einen Mindestfrequenzabstand zueinander aufweisen. Dabei ist der Mindestfrequenzabstand zu einem beliebigen Zeitpunkt gemeint, so dass das Ausgangssignal der ersten Teilschaltung einen Frequenzbereich aufweisen kann, der den Frequenzbereich des Ausgangssignals der zweiten Teilschaltung überlappt, jedoch zu einem beliebigen Zeitpunkt die beiden Ausgangssignale jeweils ausreichend weit in ihrer Frequenz auseinanderliegen. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Trägerfrequenzen der Ausgangssignale der ersten Teilschaltung und der zweiten Teilschaltung einen Mindest-Frequenzabstand aufweisen, bei dem sich die beiden Ausgangssignale der ersten Teilschaltung und der zweiten Teilschaltung in ihrer Frequenz nicht überschneiden. Hieraus resultieren Frequenzverläufe, die, wenn man diese in einem Frequenz-Zeit-Diagramm aufträgt, zwei treppenförmig ansteigende und/oder abfallende Verläufe ergeben und das resultierende Signal kontinuierlich zwischen beiden Treppen hin und her geschaltet wird, wobei die beiden Treppenverläufe einen so großen Abstand zueinander aufweisen, dass die beiden Treppenverläufe nicht ineinander verschachtelt sind.It is particularly advantageous that the carrier frequencies of the output signals of the first subcircuit and the second subcircuit are each controlled in such a way that they have a minimum frequency spacing from one another. The minimum frequency spacing is meant at any point in time, so that the output signal of the first subcircuit can have a frequency range that overlaps the frequency range of the output signal of the second subcircuit, but at any point in time the two output signals are sufficiently far apart in frequency. In particular, it can be provided that the carrier frequencies of the output signals of the first subcircuit and the second subcircuit have a minimum frequency spacing at which the frequency of the two output signals of the first subcircuit and the second subcircuit do not overlap. This results in frequency profiles that, when plotted in a frequency-time diagram, result in two steps rising and / or falling and the resulting signal is continuously switched back and forth between the two stairs, the two steps being so far apart have that the two staircases are not nested.
Das Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Sensor oder einem Steuergerät implementiert sein.The method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a sensor or a control device.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner einen Abstandssensor, der dazu ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante des hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen.The approach presented here also creates a distance sensor which is designed to carry out, control or implement the steps of a variant of the method presented here in corresponding devices.
Der Abstandssensor kann ein elektrisches Gerät mit mindestens einer Recheneinheit zur Verarbeitung von Signalen oder Daten, zumindest einer Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten und zumindest einer Schnittstelle und/oder eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind, sein. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein sogenannter System-ASIC oder ein Mikrocontroller zum Verarbeiten von Sensorsignalen und Ausgeben von Datensignalen in Abhängigkeit von den Sensorsignalen sein. Die Speichereinheit kann beispielsweise ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein. Die Schnittstelle kann als Sensorschnittstelle zum Einlesen der Sensorsignale von einem Sensor und/oder als Aktorschnittstelle zum Ausgeben der Datensignale und/oder Steuersignale an einen Aktor ausgebildet sein. Die Kommunikationsschnittstelle kann dazu ausgebildet sein, die Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben. Die Schnittstellen können auch Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. The distance sensor can be an electrical device with at least one computing unit for processing signals or data, at least one storage unit for storing signals or data and at least one interface and / or a communication interface for reading or outputting data which are embedded in a communication protocol . The computing unit can be, for example, a signal processor, a so-called system ASIC or a microcontroller for processing sensor signals and outputting data signals as a function of the sensor signals. The storage unit can be, for example, a flash memory, an EPROM or a magnetic storage unit. The interface can be designed as a sensor interface for reading in the sensor signals from a sensor and / or as an actuator interface for outputting the data signals and / or control signals to an actuator. The communication interface can be designed to read in or output the data wirelessly and / or via line. The interfaces can also be software modules that are present, for example, on a microcontroller alongside other software modules.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer, einem programmierbaren Steuergerät oder einer ähnlichen Vorrichtung ausgeführt wird. Also advantageous is a computer program product or computer program with program code, which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is used, in particular if the program product or program is executed on a computer, a programmable control device or a similar device.
Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen als Verfahren zum Regeln eines Sendesignals eines Abstandssensors beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.It is pointed out that some of the possible features and advantages of the invention are described herein with reference to different embodiments as methods for regulating a transmission signal of a distance sensor. A person skilled in the art recognizes that the features can be combined, adapted or exchanged in a suitable manner in order to arrive at further embodiments of the invention.
FigurenlisteFigure list
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen
-
1 ein schematisches Schaltbild eines Mikrowellen- oder Millimeterwellensensors, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, -
2 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, -
3 ein Frequenz-Zeit-Diagramm zur Darstellung der Nachteile des Stands der Technik, -
4 zwei korrespondierende Frequenz-Zeit-Diagramme zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und -
5 zwei korrespondierende Frequenz-Zeit-Diagramme zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 1 shows a schematic circuit diagram of a microwave or millimeter wave sensor, as is known from the prior art, -
2nd 2 shows a schematic block diagram of an embodiment of the device according to the invention, -
3rd a frequency-time diagram to illustrate the disadvantages of the prior art, -
4th two corresponding frequency-time diagrams to explain an embodiment of the method according to the invention and -
5 two corresponding frequency-time diagrams to explain a further embodiment of the method according to the invention.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In
In
In
Im Diagramm ist ein Sendesignal
In
So ist das erste Teilsignal
This is the first
In
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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