DE102019211392A1

DE102019211392A1 - Communication device for radio transmission of communication data and a motor vehicle with the communication device

Info

Publication number: DE102019211392A1
Application number: DE102019211392.3A
Authority: DE
Inventors: Lars Reichardt; Thorsten Hehn; Jörg Plechinger
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-07-31
Filing date: 2019-07-31
Publication date: 2021-02-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kommunikationsvorrichtung (10) für eine Funkübertragung von Kommunikationsdaten (12), mit einer Antenne (16) zum Senden und/oder Empfangen von elektromagnetischen Funkwellen (17, 18), einer mit der Antenne (16) elektrisch verbunden Frontendeinheit (20) zum Verstärken und/oder Mischen eines analogen elektrischen Antennensignals (19), und einer Prozessoreinrichtung (26), welche dazu eingerichtet ist, die Kommunikationsdaten (12) zu erzeugen und/oder zu empfangen und/oder mit einem digitalen Kommunikationsnetzwerk auszutauschen, wobei die Prozessoreinrichtung (27) mit der Frontendeinheit (20) über ein Signalkabel (27) verbunden ist. Die Erfindung sieht vor, dass in der Frontendeinheit (20) eine Digitalübertragungsschaltung (29) für eine MIPI A-Phy Signalübertragung von Sensordaten bereitgestellt ist und ein Analogsignalanschluss (30) der Digitalübertragungsschaltung (29) mit der Frontendeinheit (20) verbunden ist und ein Digitalsignalanschluss (31) der Digitalübertragungsschaltung (29) mit dem Signalkabel (27) verbunden ist und die Frontendeinheit (20) und die Prozessoreinrichtung (26) dazu eingerichtet sind, die Kommunikationsdaten (12) über das Signalkabel (27) als Digitalsignal (28) auszutauschen.The invention relates to a communication device (10) for radio transmission of communication data (12), having an antenna (16) for transmitting and / or receiving electromagnetic radio waves (17, 18), a front-end unit (20) electrically connected to the antenna (16) ) for amplifying and / or mixing an analog electrical antenna signal (19), and a processor device (26) which is set up to generate and / or receive the communication data (12) and / or to exchange it with a digital communication network, the Processor device (27) is connected to the front-end unit (20) via a signal cable (27). The invention provides that a digital transmission circuit (29) for a MIPI A-Phy signal transmission of sensor data is provided in the front-end unit (20) and an analog signal connection (30) of the digital transmission circuit (29) is connected to the front-end unit (20) and a digital signal connection (31) of the digital transmission circuit (29) is connected to the signal cable (27) and the front-end unit (20) and the processor device (26) are set up to exchange the communication data (12) via the signal cable (27) as a digital signal (28).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kommunikationsvorrichtung für eine Funkübertragung von Kommunikationsdaten. Die Funkübertragung erfolgt mittels einer Antenne zum Senden und/oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen. Die Funkübertragung kann von der Kommunikationsvorrichtung ausgehen, wofür die Funkwelle gesendet wird, oder hin zur Kommunikationsvorrichtung erfolgen, wofür die Funkwelle empfangen wird. Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Kommunikationsvorrichtung.The invention relates to a communication device for radio transmission of communication data. The radio transmission takes place by means of an antenna for sending and / or receiving electromagnetic waves. The radio transmission can emanate from the communication device, for which the radio wave is sent, or to the communication device, for which the radio wave is received. The invention also includes a motor vehicle with the communication device according to the invention.

Eine Antenne bewirkt die Wandlung von elektromagnetischen Funkwellen in ein analoges elektrisches Antennensignal (Empfang) und/oder die Wandlung des analogen elektrischen Antennensignals in eine elektromagnetische Funkwelle (Senden). Eine Übertragung von Kommunikationsdaten mit hohen Datenraten über eine drahtlose Kommunikationsstrecke bedingt dabei eine hohe Bandbreite, also hohe Frequenzen für die Funkwellen. Aus diesem Grund werden immer höhere Frequenzbereiche für die Funkübertragung oder Funkkommunikation erschlossen und in Standards für Funkübertragung verabschiedet. Beispielsweise wird beim anstehenden Mobilfunkstandard 5G eine Übertragung mit Funkwellen im Frequenzbereich um 26 GHz diskutiert.An antenna converts electromagnetic radio waves into an analog electrical antenna signal (reception) and / or converts the analog electrical antenna signal into an electromagnetic radio wave (transmission). A transmission of communication data at high data rates via a wireless communication link requires a high bandwidth, that is, high frequencies for the radio waves. For this reason, ever higher frequency ranges are being developed for radio transmission or radio communication and adopted in standards for radio transmission. For example, transmission with radio waves in the frequency range around 26 GHz is being discussed for the upcoming 5G mobile radio standard.

Hohe Funkfrequenzen im Bereich von mehr als 2 GHz bergen aber den Nachteil, dass als eine typische analoge Verkabelung zwischen der eigentlichen Antenne zum Senden und/oder Empfangen von elektromagnetischen Funkwellen einerseits und einer elektrischen Schaltung zum Verarbeiten des Antennensignals andererseits eine verhältnismäßig große Dämpfung auftritt, welche die Funktionalität der Funkübertragung beeinträchtigen kann. Um eine solche hohe Leitungsdämpfung zu vermeiden, kann in einem so genannten RF-Frontend (Radio Frequency Front End), also einer Frontendeinheit (Antennentreiberschaltung) zum elektrischen Verarbeiten des Antennensignals, nahe an der eigentlichen Antenne eine bidirektionale Verstärkung vorgesehen sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann am Antennen-fernen Ende eines Signalkabels ebenfalls eine bidirektionale Verstärkung vorgesehen sein, um hier ein Kabelsignal aufzubereiten. Ein hierfür verwendeter Kompensator birgt aber den Nachteil, dass seine Steuerung und/oder die Voraussetzungen für die Zulassung aufwändig sind. Zudem benötigt ein solcher Kompensator verhältnismäßig viel elektrische Leistung und ist kostenintensiv. Als Alternative zu einer Kompensation kann auch die gesamte elektrische Schaltung nahe an der Antenne vorgesehen werden, um möglichst kurze Kabellängen zu realisieren. Bei der Anordnung einer Antenne in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise in einem Fahrzeugdach, ergibt sich aber in der Regel nicht genügend Bauraum, um die Vielzahl der gewünschten elektronischen Komponenten, insbesondere der Prozessoreinrichtung für die digitale Signalverarbeitung der Kommunikationsdaten, derart nahe an der Antenne unterzubringen.However, high radio frequencies in the range of more than 2 GHz have the disadvantage that, as typical analog cabling, between the actual antenna for sending and / or receiving electromagnetic radio waves on the one hand and an electrical circuit for processing the antenna signal on the other hand, a relatively large attenuation occurs, which can impair the functionality of the radio transmission. In order to avoid such high line attenuation, a so-called RF front end (Radio Frequency Front End), i.e. a front end unit (antenna driver circuit) for electrically processing the antenna signal, can be provided with bidirectional amplification close to the actual antenna. In addition or as an alternative to this, a bidirectional amplification can also be provided at the end of a signal cable remote from the antenna in order to process a cable signal here. A compensator used for this, however, has the disadvantage that its control and / or the requirements for approval are complex. In addition, such a compensator requires a relatively large amount of electrical power and is cost-intensive. As an alternative to compensation, the entire electrical circuit can also be provided close to the antenna in order to achieve the shortest possible cable lengths. When an antenna is arranged in a motor vehicle, for example in a vehicle roof, there is usually not enough space to accommodate the large number of desired electronic components, in particular the processor device for digital signal processing of the communication data, so close to the antenna.

Eine kompakte Anordnung einer Empfangselektronik für den Betrieb mehrerer Antennen ist aus der DE 10 2015 016 334 A1 bekannt. Hier ist die Lösung beschrieben, dass eine Antenne über ein kurzes Kabel oder über eine Leiterbahn einer Schaltungsplatine direkt mit einer CPU verbunden werden kann. Eine besondere Maßnahme für eine analoge Signalübertragung über ein Koaxialkabel ist nicht beschrieben, da sie hier entfallen kann. Allerdings muss hier die CPU antennennah angeordnet werden.A compact arrangement of receiving electronics for the operation of several antennas is from the DE 10 2015 016 334 A1 known. Here the solution is described that an antenna can be connected directly to a CPU via a short cable or via a conductor track on a circuit board. A special measure for an analog signal transmission via a coaxial cable is not described, since it can be omitted here. However, the CPU must be arranged close to the antenna here.

Aus der DE 10 2016 214 855 A1 ist bekannt, dass an eine Antenne eine Prozessoreinrichtung angeschlossen sein kann, um mittels einer digitalen Signalverarbeitung eine Funkübertragung zu steuern. Sämtliche Antennen sind über analoge Signalkabel mit der Prozessoreinrichtung verbunden und Verstärkermodule auf Seiten der Prozessoreinrichtung können eine Analog-Digital-Wandlung zum digitalen Erfassen der übertragenen Antennensignale durchführen. Die Verstärkermodule weisen somit die beschriebene Funktionalität eines Kompensators am Antennen-fernen Ende eines Signalkabels auf.From the DE 10 2016 214 855 A1 it is known that a processor device can be connected to an antenna in order to control a radio transmission by means of digital signal processing. All antennas are connected to the processor device via analog signal cables, and amplifier modules on the processor device side can carry out an analog-digital conversion for digital acquisition of the transmitted antenna signals. The amplifier modules thus have the described functionality of a compensator at the end of a signal cable remote from the antenna.

Aus der US 2010/0284384 A1 ist bekannt, dass eine Funkübertragung auf Basis eines Protokollstacks für WLAN (Wireless Local Area Network) erfolgen kann.From the US 2010/0284384 A1 it is known that radio transmission can take place on the basis of a protocol stack for WLAN (Wireless Local Area Network).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antenne einerseits und eine Prozessoreinrichtung für eine digitale Verarbeitung von Kommunikationsdaten andererseits räumlich getrennt voneinander anordnen zu können.The invention is based on the object of being able to arrange an antenna on the one hand and a processor device for digital processing of communication data on the other hand spatially separated from one another.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figur beschrieben.The object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are described by the dependent claims, the following description and the figure.

Durch die Erfindung ist eine Kommunikationsvorrichtung für eine Funkübertragung von Kommunikationsdaten bereitgestellt. Solche Kommunikationsdaten können beispielsweise Bestandteil einer Internetverbindung (für das Surfen im Internet) und/oder einer Telekommunikationsverbindung (Video- und/oder Sprachtelefonie) und/oder einer Gerätekommunikation beispielsweise zwischen einem Kraftfahrzeug mit autonomer Fahrfunktion und einem fahrzeugexternen Gerät (beispielsweise einem anderen autonomen Kraftfahrzeug und/oder einer Infrastrukturkomponente eines Verkehrsnetzes) sein. Die Kommunikationsvorrichtung weist eine Antenne zum Senden und/oder Empfangen von elektromagnetischen Funkwellen auf. Diese Funkwellen repräsentieren oder enthalten die besagten Kommunikationsdaten. Mit anderen Worten sind die Kommunikationsdaten durch einen zeitlichen Verlauf der Funkwellen beschrieben. Die Kommunikationsvorrichtung weist des Weiteren eine mit der Antenne elektrisch verbundene Frontendeinheit zum Verstärken und/oder Mischen eines analogen elektrischen Antennensignals auf. Eine andere Bezeichnung für eine solche Frontendeinheit ist auch RF-Frontend oder Antennentreiberschaltung. Das analoge elektrische Antennensignal dient zum Übertragen der besagten Kommunikationsdaten, d.h. es enthält die Kommunikationsdaten. Mit anderen Worten beschreibt also ein zeitlicher Verlauf des Antennensignals ebenfalls die Kommunikationsdaten. Beim Empfangen der besagten Funkwellen wird in der Antenne das analoge elektrische Signal durch die Funkwellen eingeprägt. Beim Senden der Kommunikationsdaten wird das elektrische analoge Antennensignal durch die Frontendeinheit bereitgestellt und damit durch die Antenne die elektromagnetischen Funkwellen erzeugt. Die Kommunikationsvorrichtung weist des Weiteren eine Prozessoreinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, die Kommunikationsdaten zu erzeugen (im Falle des Sendens) und/oder zu empfangen (im Falle des Empfangens) und/oder die Kommunikationsdaten mit einem digitalen Kommunikationsnetzwerk auszutauschen (also Kommunikationsdaten zwischen der Frontendeinheit und dem Kommunikationsnetzwerk zu vermitteln). Die Prozessoreinrichtung kann also die Kommunikationsdaten auch weiterleiten, beispielsweise aus einem Kommunikationsnetzwerk, und/oder aus der Frontendeinheit empfangen und in das Kommunikationsnetzwerk einspeisen oder weiterleiten. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu beispielsweise als ein Router und/oder ein Gateway ausgestaltet sein. Das Kommunikationsnetzwerk kann beispielsweise ein Datenbus (beispielsweise CAN - Controller Area Network) und/oder ein Ethernet-Netzwerk sein.The invention provides a communication device for radio transmission of communication data. Such communication data can, for example, be part of an internet connection (for surfing the internet) and / or a telecommunication connection (video and / or voice telephony) and / or device communication, for example between a motor vehicle with autonomous driving function and a device external to the vehicle (for example another autonomous motor vehicle and / or an infrastructure component of a transport network). The communication device has an antenna for Transmission and / or reception of electromagnetic radio waves. These radio waves represent or contain said communication data. In other words, the communication data are described by a time course of the radio waves. The communication device also has a front-end unit that is electrically connected to the antenna for amplifying and / or mixing an analog electrical antenna signal. Another name for such a front end unit is also RF front end or antenna driver circuit. The analog electrical antenna signal is used to transmit said communication data, ie it contains the communication data. In other words, a time course of the antenna signal also describes the communication data. When receiving said radio waves, the analog electrical signal is impressed by the radio waves in the antenna. When the communication data is sent, the electrical analog antenna signal is provided by the front-end unit and the antenna thus generates the electromagnetic radio waves. The communication device also has a processor device which is set up to generate the communication data (in the case of sending) and / or to receive (in the case of receiving) and / or to exchange the communication data with a digital communication network (i.e. communication data between the To convey the front-end unit and the communication network). The processor device can therefore also forward the communication data, for example from a communication network, and / or receive it from the front-end unit and feed or forward it into the communication network. For this purpose, the processor device can be designed, for example, as a router and / or a gateway. The communication network can for example be a data bus (for example CAN - Controller Area Network) and / or an Ethernet network.

Die Erfindung kann für beide Übertragungsrichtungen (Senden und Empfangen) oder nur für eine der beiden Übertragungsrichtungen genutzt werden. Zumindest ein Teil der Kommunikationsdaten kann gesendet werden und/oder zumindest ein Teil der Kommunikationsdaten kann empfangen werden. Die besagte Prozessoreinrichtung kann beispielsweise auf der Grundlage zumindest eines Mikroprozessors und/oder zumindest eines Microcontrollers realisiert sein. Für den Betrieb der Prozessoreinrichtung kann in einem Datenspeicher ein Programmcode mit Programminstruktionen gespeichert sein, die bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung das Erzeugen und//oder Empfangen der Kommunikationsdaten bewirken.The invention can be used for both transmission directions (sending and receiving) or only for one of the two transmission directions. At least some of the communication data can be sent and / or at least some of the communication data can be received. Said processor device can be implemented, for example, on the basis of at least one microprocessor and / or at least one microcontroller. For the operation of the processor device, a program code with program instructions can be stored in a data memory which, when executed by the processor device, produce and / or receive the communication data.

Bei der Kommunikationseinrichtung ist die Prozessoreinrichtung mit der Frontendeinheit über ein Signalkabel verbunden. In diesem Signalkabel kommt es im Stand der Technik in der eingangs beschriebenen Weise zu der unerwünscht hohen Dämpfung, weshalb eine Kompensation durch Verstärkung notwendig sein kann und/oder das Signalkabel nur sehr kurz, insbesondere kürzer als 1 m, ausgelegt werden kann.In the communication device, the processor device is connected to the front-end unit via a signal cable. In the prior art, this signal cable results in undesirably high attenuation in the manner described above, which is why compensation by amplification may be necessary and / or the signal cable can only be designed for a very short time, in particular less than 1 m.

Um diese Notwendigkeit zu vermeiden, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Digitalübertragungsschaltung bereitgestellt ist. Hierbei ist die Digitalübertragungsschaltung bevorzugt für eine MIPI A-Phy Signalübertragung vorgesehen (MIPI - Mobile Industry Processor Interface) ausgestaltet. Es kann auch ein anderer Standard vorgesehen sein. Eine MIPI A-Phy Signalübertragung ist eigentlich zum Übertragen von Sensordaten vorgesehen, also beispielsweise von Sensordaten einer Kamera (siehe beispielsweise die Internetseite https://www.mipi.org/specifications/a-phy). Die in der Frontendeinheit bereitgestellte Digitalübertragungsschaltung ist am frontendeinheit-seitigen Ende des Signalkabel bereitgestellt und über einen Analogsignalanschluss der Digitalübertragungsschaltung mit der Frontendeinheit verbunden. Mit anderen Worten kann ein Eingang eines Analog-Digital-Wandlers und/oder ein Ausgang eines Digital-Analog-Wandlers mit der Frontendeinheit verbunden sein. Ein Digitalsignalanschluss ist mit dem Signalkabel verbunden. Mit anderen Worten kann der Ausgang des Analog-Digital-Wandlers und/oder der Eingang des Digital-Analog-Wandlers mit dem Signalkabel verbunden sein. Somit können also durch die Digitalübertragungsschaltung digitale Daten oder ein Digitalsignal aus dem Antennensignal der Frontendeinheit erzeugt werden und/oder aus einem Digitalsignal des Signalkabels das analoge Antennensignal erzeugt werden. Die Frontendeinheit und die Prozessoreinrichtung sind entsprechend dazu eingerichtet, die besagte Information (die über die Funkübertragung übertragen wird) über das Signalkabel als das Digitalsignal auszutauschen. Mit Austauschen ist hierbei gemeint, dass die Übertragung von der Prozessoreinrichtung hin zur Frontendeinheit und/oder von der Frontendeinheit hin zur Prozessoreinrichtung erfolgen kann.In order to avoid this need, it is provided according to the invention that a digital transmission circuit is provided. Here, the digital transmission circuit is preferably designed for a MIPI A-Phy signal transmission (MIPI - Mobile Industry Processor Interface). Another standard can also be provided. A MIPI A-Phy signal transmission is actually intended to transmit sensor data, e.g. sensor data from a camera (see, for example, the website https://www.mipi.org/specifications/a-phy). The digital transmission circuit provided in the front-end unit is provided at the end of the signal cable on the front-end unit side and is connected to the front-end unit via an analog signal connection of the digital transmission circuit. In other words, an input of an analog / digital converter and / or an output of a digital / analog converter can be connected to the front-end unit. A digital signal connector is connected to the signal cable. In other words, the output of the analog-digital converter and / or the input of the digital-analog converter can be connected to the signal cable. Thus, the digital transmission circuit can generate digital data or a digital signal from the antenna signal of the front-end unit and / or the analog antenna signal can be generated from a digital signal of the signal cable. The front-end unit and the processor device are set up accordingly to exchange said information (which is transmitted via the radio transmission) via the signal cable as the digital signal. Exchange here means that the transmission can take place from the processor device to the front-end unit and / or from the front-end unit to the processor device.

Mit anderen Worten sind also die Frontendeinheit und die Prozessoreinrichtung mittels einer digitalen Signalübertragung auf Grundlage der Digitalübertragungsschaltung bevorzugt für die MIPI A-Phy Signalübertragung von Sensordaten miteinander gekoppelt. Damit wird also die MIPI A-Phy Signalübertragung zweckentfremdet oder einem neuen Nutzungszweck zugeführt, indem mittels der Digitalübertragungsschaltung eine Antenne mit einer Prozessoreinrichtung verbunden wird.In other words, the front-end unit and the processor device are coupled to one another by means of a digital signal transmission based on the digital transmission circuit, preferably for the MIPI A-Phy signal transmission of sensor data. The MIPI A-Phy signal transmission is thus misappropriated or used for a new purpose by connecting an antenna to a processor device by means of the digital transmission circuit.

Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass eine Dämpfung in dem Signalkabel das Signal-Rausch-Verhältnis der übertragenen Kommunikationsdaten weniger stark beeinflusst, da die Kommunikationsdaten als Digitalsignal vorliegen und bei Verrauschen des Digitalsignals dennoch der Dateninhalt, das heißt die Kommunikationsdaten, vom Einfluss des Rauschens befreit werden können und/oder die Kommunikationsdaten rekonstruiert werden können, da digitale Signalpegel auch im verrauschten Zustand bis zu einem vorbekannten Signal-zu-Rauschverhältnis rekonstruiert werden können. Zudem kann für das Digitalsignal eine Kanalcodierung für einen Fehlerschutz den Kommunikationsdaten hinzugefügt werden. Eine Kanalcodierung kann z.B. auf einem Hamming-Code beruhen.The invention has the advantage that attenuation in the signal cable reduces the signal-to-noise ratio of the transmitted Communication data are less influenced because the communication data is available as a digital signal and, if the digital signal is noisy, the data content, i.e. the communication data, can still be freed from the influence of the noise and / or the communication data can be reconstructed, since digital signal levels can be up to a known signal-to-noise ratio can be reconstructed. In addition, channel coding can be added to the communication data for the digital signal for error protection. A channel coding can be based on a Hamming code, for example.

Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.The invention also comprises embodiments which result in additional advantages.

In einer Ausführungsform weist die Frontendeinheit zum Verstärken des Antennensignals eine Verstärkereinrichtung für eine Signalverstärkung des Antennensignals auf. Dabei ist die Digitalübertragungsschaltung an der Frontendeinheit mit dieser Verstärkungsschaltung verbunden. Mit anderen Worten erfolgt die Digitalisierung in einem Frequenzband, in welchem auch die Verstärkereinrichtung arbeitet. Hierdurch kann die Notwendigkeit eines Mischers entfallen.In one embodiment, the front-end unit for amplifying the antenna signal has an amplifier device for signal amplification of the antenna signal. The digital transmission circuit on the front-end unit is connected to this amplification circuit. In other words, the digitization takes place in a frequency band in which the amplifier device also operates. This eliminates the need for a mixer.

In einer Ausführungsform weist die Frontendeinheit zum Mischen einen Mischer für eine Frequenzmischung auf. Eine andere Bezeichnung für einen solchen Mischer ist auch Frequenzumwandler. Mittels eines solchen Mischers kann das Antennensignal beispielsweise in eine Zwischenfrequenz oder in ein Zwischenfrequenzband heruntergemischt werden (Empfang) und/oder aus dem Zwischenband in ein Sendefrequenzband heraufgemischt werden (Senden). Insbesondere wird davon ausgegangen, dass der Mischer nicht in das Basisband mischt. Ein Basisband ist ein Frequenzband, das auch den Gleichanteil (Frequenz=0) enthält. Dagegen ist ein Zwischenfrequenzband und/oder ein Sendefrequenzband ein Frequenzband, das den Gleichanteil nicht enthält. Die Digitalübertragungsschaltung ist in der Frontendeinheit mit dem Mischer verbunden. Mit anderen Worten wird die Digitalisierung im Zwischenfrequenzband durchgeführt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine geringere oder kleinere Abtastrate verwendet werden kann als für den Fall, dass im Sendefrequenzband/Empfangsfrequenzband digitalisiert wird.In one embodiment, the front-end unit has a mixer for frequency mixing for mixing. Another name for such a mixer is frequency converter. By means of such a mixer, the antenna signal can, for example, be mixed down into an intermediate frequency or into an intermediate frequency band (reception) and / or mixed up from the intermediate band into a transmission frequency band (transmission). In particular, it is assumed that the mixer does not mix into the baseband. A baseband is a frequency band that also contains the direct component (frequency = 0). In contrast, an intermediate frequency band and / or a transmission frequency band is a frequency band that does not contain the direct component. The digital transmission circuit is connected to the mixer in the front end unit. In other words, the digitization is carried out in the intermediate frequency band. This results in the advantage that a lower or lower sampling rate can be used than for the case that digitization is carried out in the transmission frequency band / reception frequency band.

In einer Ausführungsform ist die Digitalübertragungsschaltung dazu eingerichtet, für eine Analog-Digital-Wandlung des Antennensignals und/oder eine Digital-Analog-Wandlung des Digitalsignals mit einer Abtastrate größer als ein 1 GHz durchzuführen. Mit anderen Worten wird also ein Schwingquarz oder eine Taktgeberschaltung für die Wandlung mit mehr als 1 GHz betrieben. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Digitalsignal eine Übertragung außerhalb oder oberhalb des Basisbands der Funkübertragung erfolgen kann.In one embodiment, the digital transmission circuit is set up to carry out an analog-digital conversion of the antenna signal and / or a digital-analog conversion of the digital signal at a sampling rate greater than 1 GHz. In other words, a quartz oscillator or a clock circuit for the conversion is operated at more than 1 GHz. This has the advantage that the digital signal can be transmitted outside or above the baseband of the radio transmission.

In einer Ausführungsform ist die Digitalübertragungsschaltung dazu eingerichtet, mittels des Digitalsignals I/Q-Samples zu übertragen (I/Q - In-Phaseand-Quadrature). Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass auch eine Phaseninformation des Antennensignals in dem Digitalsignal mit übertragen wird.In one embodiment, the digital transmission circuit is set up to transmit I / Q samples by means of the digital signal (I / Q - in-phase and quadrature). This has the advantage that phase information from the antenna signal is also transmitted in the digital signal.

In einer Ausführungsform weist das Signalkabel eine Kabellänge von mehr als 1 m, insbesondere mehr als 2 m, auf. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Antenne mit der Frontendeinheit in einem anderen Bauraum verbaut werden kann als die Prozessoreinrichtung.In one embodiment, the signal cable has a cable length of more than 1 m, in particular more than 2 m. This results in the advantage that the antenna with the front-end unit can be installed in a different installation space than the processor device.

In einer Ausführungsform ist die Prozessoreinrichtung über ein jeweiliges weiteres Signalkabel mit zumindest einem Sensor verbunden, wobei der zumindest eine Sensor dazu eingerichtet ist, ein jeweiliges Sensorsignal mittels einer jeweiligen Digitalübertragungsschaltung für eine MIPI A-Phy Signalübertragung an die Prozessoreinrichtung zu senden. Mit anderen Worten wird also von dem zumindest einen Sender aus dessen Sensorsignal mit der MIPI A-Phy Signalübertragung übertragen, wie es eigentlich für die MIPI A-Phy Signalübertragung vorgesehen ist. Indem aber auch zusätzlich die Kommunikationsdaten des Antennensignals ebenfalls als Digitalsignal mittels MIPI A-Phy Signalübertragung übertragen werden, ergibt sich in der Kommunikationsvorrichtung also eine einheitliche Schnittstelle für Sensordaten und Kommunikationsdaten (Kommunikationsdaten der Funkübertragung).In one embodiment, the processor device is connected to at least one sensor via a respective further signal cable, wherein the at least one sensor is set up to send a respective sensor signal to the processor device by means of a respective digital transmission circuit for MIPI A-Phy signal transmission. In other words, the sensor signal of the at least one transmitter is transmitted with the MIPI A-Phy signal transmission, as is actually provided for the MIPI A-Phy signal transmission. However, since the communication data of the antenna signal are also transmitted as a digital signal by means of MIPI A-Phy signal transmission, a uniform interface for sensor data and communication data (communication data of radio transmission) results in the communication device.

In einer Ausführungsform ist die Prozessoreinrichtung dazu eingerichtet, das Digitalsignal mittels eines digitalen Mischers zum Senden aus einem Basisband heraus und/oder zum Empfangen in das Basisband zu mischen. Hierdurch kann eine durchgängige digitale Signalverarbeitung von der Digitalübertragungsschaltung bis zu einem Ausgang der Prozessoreinrichtung erreicht werden, also beispielsweise bis zu dem besagten Kommunikationsnetzwerk.In one embodiment, the processor device is set up to mix the digital signal by means of a digital mixer for sending out of a baseband and / or for receiving into the baseband. As a result, continuous digital signal processing from the digital transmission circuit to an output of the processor device can be achieved, that is to say, for example, to the said communication network.

In einer Ausführungsform ist die Prozessoreinrichtung dazu eingerichtet, mittels der Funkwellen und/oder mittels der Kommunikationsdaten eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation (C2C-Communication - Car-to-Car-Communication) und/oder eine sogenannte Fahrzeug-zu-X-Kommunikation (C2X-Communication - Car-to-X-Communication) durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung ist hierfür dazu eingerichtet, einen Protokollstack für eine 5G-Mobilfunkverbindung und/oder eine C2X-Kommunikationsverbindung zu betreiben. Somit kann also die Kommunikationsvorrichtung in einem Kraftfahrzeug für die Funkanbindung an ein anderes Kraftfahrzeug (Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation) und/oder eine Funkanbindung an beispielsweise eine Infrastrukturkomponente eines Verkehrsnetzes (Fahrzeug-zu-X-Kommunikation) genutzt oder verwendet werden.In one embodiment, the processor device is set up to use the radio waves and / or the communication data to carry out vehicle-to-vehicle communication (C2C communication - car-to-car communication) and / or so-called vehicle-to-X communication. Communication (C2X-Communication - Car-to-X-Communication). For this purpose, the processor device is set up to operate a protocol stack for a 5G mobile radio connection and / or a C2X communication connection. Thus, the communication device in a motor vehicle for the radio connection to another motor vehicle (vehicle-to-vehicle communication) and / or a radio connection to, for example, an infrastructure component of a traffic network (vehicle-to-X communication).

Entsprechend ist durch die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, in welchem eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kommunikationsvorrichtung bereitgestellt ist. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.Accordingly, the invention also provides a motor vehicle in which an embodiment of the communication device according to the invention is provided. The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger vehicle or truck, or as a passenger bus or motorcycle.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes the combinations of the features of the described embodiments.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt die einzige Figur (Fig.):

Fig. eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.

Exemplary embodiments of the invention are described below. The only figure (Fig.) Shows:

1 shows a schematic representation of an embodiment of the motor vehicle according to the invention.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another and that also develop the invention independently of one another. Therefore, the disclosure is intended to include combinations of the features of the embodiments other than those shown. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote functionally identical elements.

Die Fig. zeigt ein Kraftfahrzeug 10, bei dem es sich beispielsweise um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, handeln kann. In dem Kraftfahrzeug 10 kann eine Kommunikationsvorrichtung 11 bereitgestellt sein, mittels welcher Kommunikationsdaten 12 zwischen dem Kraftfahrzeug 10, beispielsweise zumindest einem Steuergerät 13 des Kraftfahrzeugs 10, einerseits und einem fahrzeugexternen Gerät 14 andererseits ausgetauscht werden können. Das fahrzeugexterne Gerät 14 kann beispielsweise ein anderes Kraftfahrzeug und/oder eine Infrastrukturkomponente eines Verkehrsnetzes (beispielsweise eine Ampel und/oder ein Verkehrsleitsystem) umfassen. Die Übertragung der Kommunikationsdaten 12 kann über eine Funkverbindung 15 per Funk erfolgen. Hierzu kann in dem Kraftfahrzeug 10 eine Antenne 16 vorgesehen sein, die Funkwellen 17 ausstrahlen und/oder Funkwellen 18 empfangen kann. Ein Sendefrequenzbereich der Funkwellen 17, 18 kann in einem Bereich von beispielsweise 1 GHz bis 70 GHz liegen, insbesondere in einem Bereich von 1 GHz bis 30 GHz.The figure shows a motor vehicle 10 , which can be, for example, a motor vehicle, in particular a passenger car or truck. In the motor vehicle 10 can be a communication device 11 be provided by means of which communication data 12 between the motor vehicle 10 , for example at least one control unit 13 of the motor vehicle 10 , on the one hand and a device external to the vehicle 14th on the other hand can be exchanged. The device external to the vehicle 14th can for example comprise another motor vehicle and / or an infrastructure component of a traffic network (for example a traffic light and / or a traffic management system). The transmission of the communication data 12 can use a radio link 15th done by radio. This can be done in the motor vehicle 10 an antenna 16 be provided the radio waves 17th emit and / or radio waves 18th can receive. A transmission frequency range of radio waves 17th , 18th can be in a range from, for example, 1 GHz to 70 GHz, in particular in a range from 1 GHz to 30 GHz.

Zum Wandeln der zwischen den Funkwellen 17, 18 einerseits und einem elektrischen Antennensignal 19 andererseits kann die Antenne 16 beispielsweise als Patch-Antenne und/oder als Antennenarray und/oder als Stabantenne ausgestaltet sein, nur um beispielhaft einige Antennentypen zu nennen. Das elektrische Antennensignal 19 ist dann ein analoges Signal mit Frequenzen im Sendefrequenzbereich der Funkwellen 17, 18. Die Antenne 16 kann an eine Frontendeinheit 20 angeschlossen sein, die in an sich bekannter Weise ausgestaltet sein kann. Die Frontendeinheit 20 kann eine Verstärkereinrichtung 21 aufweisen zum Verstärken des Antennensignals 19. Es kann hierfür beispielsweise mindestens ein Empfangsverstärker 22 und/oder zumindest ein Sendeverstärker 23 in an sich bekannter Weise vorgesehen sein. Es kann ein Bandpass-Filter 24 zum Einstellen und/oder Festlegen eines Empfangsfrequenzbereichs und/oder eines Sendefrequenzbereichs vorgesehen sein. Für das Mischen des Antennensignals 19 beispielsweise zwischen dem Sendefrequenzbereich/Empfangsfrequenzbereich einerseits und einem Zwischenfrequenzbereich kann ein Mischer 25 vorgesehen sein.To convert between the radio waves 17th , 18th on the one hand and an electrical antenna signal 19th on the other hand, the antenna 16 be designed as a patch antenna and / or as an antenna array and / or as a rod antenna, just to name a few types of antenna as examples. The electrical antenna signal 19th is then an analog signal with frequencies in the transmission frequency range of radio waves 17th , 18th . The antenna 16 can be connected to a front-end unit 20th be connected, which can be designed in a known manner. The front-end unit 20th can be an amplifier device 21st have for amplifying the antenna signal 19th . For this purpose, for example, at least one receiving amplifier 22nd and / or at least one transmission amplifier 23 be provided in a manner known per se. It can be a band pass filter 24 be provided for setting and / or determining a reception frequency range and / or a transmission frequency range. For mixing the antenna signal 19th For example, a mixer can be used between the transmission frequency range / reception frequency range on the one hand and an intermediate frequency range 25th be provided.

Die Kommunikationsdaten 12 können für das Senden und/oder Empfangen durch eine Prozessoreinrichtung 26 verarbeitet oder empfangen werden. Die Prozessoreinrichtung 26 kann beispielsweise auch zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller umfassen. Die Prozessoreinrichtung 26 kann beispielsweise als ein Router und/oder Gateway eines Datennetzwerks oder Kommunikationsnetzwerks des Kraftfahrzeugs 10 ausgestaltet sein, an welches das zumindest eine Steuergerät 13 angeschlossen sein kann. Um die Prozessoreinrichtung 26 mit der Frontendeinheit 20 zu verbinden, kann ein Signalkabel 27 vorgesehen sein, welches eine Kabellänge von mehr als 1 m aufweisen kann. Hierdurch kann die Frontendeinheit 20 mit der Antenne 16 beispielsweise in einem Dach des Kraftfahrzeugs 10 angeordnet sein, während die Prozessoreinrichtung 26 in einem von dem Dach verschiedenen Bereich, beispielsweise in einem Kofferraum oder in einer Mittelkonsole des Kraftfahrzeugs 10 angeordnet sein kann. Um trotz der Kabellänge des Signalkabels 27 einen Einfluss einer Leitungsdämpfung des Signalkabels 27 auf die Kommunikationsdaten 12 gering zu halten, kann in dem Kraftfahrzeug 10 in der Kommunikationsvorrichtung 11 vorgesehen sein, dass eine digitale Übertragung über das Signalkabel erfolgt, das heißt die Kommunikationsdaten 12 als Digitalsignal 28 in dem Signalkabel 27 übertragen werden. Hierzu kann am antennenseitigen Ende des Signalkabels 27 das Signalkabel 27 mit der Frontendeinheit 20 über eine Digitalübertragungsschaltung 29 gekoppelt oder verschaltet oder verbunden sein. Die Digitalübertragungsschaltung ist hierbei eine Schaltung für eine MIPI A-Phy Signalübertragung, wie sie aus der Signalübertragung von Sensordaten bekannt ist. Sie kann also an sich aus dem Stand der Technik entnommen werden. Ein Analogsignalanschluss 30 der Digitalübertragungsschaltung kann hierbei mit der Frontendeinheit 20, beispielsweise mit dem Mischer 25, verbunden sein. Ein Digitalsignalanschluss 31 kann mit dem Signalkabel 27 elektrisch verbunden sein.The communication data 12 can be used for sending and / or receiving by a processor device 26th processed or received. The processor facility 26th can for example also comprise at least one microprocessor and / or at least one microcontroller. The processor facility 26th can for example be used as a router and / or gateway of a data network or communication network of the motor vehicle 10 be configured to which the at least one control device 13 can be connected. To the processor device 26th with the front-end unit 20th to connect can be a signal cable 27 be provided, which can have a cable length of more than 1 m. This allows the front-end unit 20th with the antenna 16 for example in a roof of the motor vehicle 10 be arranged while the processor device 26th in an area different from the roof, for example in a trunk or in a center console of the motor vehicle 10 can be arranged. To despite the cable length of the signal cable 27 an influence of line attenuation of the signal cable 27 on the communication data 12 to keep low, can in the motor vehicle 10 in the communication device 11 it can be provided that a digital transmission takes place via the signal cable, i.e. the communication data 12 as a digital signal 28 in the signal cable 27 be transmitted. This can be done at the antenna-side end of the signal cable 27 the signal cable 27 with the front-end unit 20th via a digital transmission circuit 29 be coupled or interconnected or connected. The digital transmission circuit is a circuit for MIPI A-Phy signal transmission, as is known from the signal transmission of sensor data. It can therefore be taken from the prior art. An analog signal connector 30th the digital transmission circuit can be connected to the front-end unit 20th , for example with the mixer 25th , be connected. A digital signal connection 31 can with the signal cable 27 be electrically connected.

In der Prozessoreinrichtung 26 kann also nun ein digitales Versenden und/oder digitales Empfangen des Digitalsignals 28 erfolgen. In der Prozessoreinrichtung 26 kann ein digitaler Mischer 32 vorgesehen sein, um die in dem Digitalsignal 28 enthaltenen Kommunikationsdaten beispielsweise aus dem Zwischenfrequenzband in ein Basisfrequenzband zu mischen.In the processor facility 26th can now digitally send and / or digitally receive the digital signal 28 respectively. In the processor facility 26th can be a digital mixer 32 be provided to include those in the digital signal 28 to mix communication data contained, for example, from the intermediate frequency band into a base frequency band.

Alternativ dazu kann auch (bei Fehlen des Mischers 25) eine Verbindung mit der Verstärkereinrichtung 21 vorgesehen sein. Mit „Verbindung“ ist hierbei gemeint, dass ein Mischersignal des Mischers 25 an dem Analogsignalanschluss 30 anliegt beziehungsweise ein Verstärkersignal der Verstärkereinrichtung 21 an dem Analogsignalanschluss 30 anliegt.Alternatively, (in the absence of the mixer 25th ) a connection to the amplifier device 21st be provided. The term “connection” means that a mixer signal from the mixer 25th at the analog signal connection 30th is applied or an amplifier signal of the amplifier device 21st at the analog signal connection 30th is applied.

Das zumindest eine fahrzeugexterne Gerät 14 kann ebenfalls eine Antenne aufweisen, wobei für den Betrieb der zumindest einen Antenne eine Transceiver-Schaltung in dem mindestens einen fahrzeugexternen Gerät 14 vorgesehen sein kann.The at least one device external to the vehicle 14th may also have an antenna, a transceiver circuit in the at least one vehicle-external device for operating the at least one antenna 14th can be provided.

In der Digitalübertragungsschaltung kann ein Analog-Digital-Wandler für eine Analog-Digital-Wandlung ADC und/oder ein Digital-Analog-Wandler für eine Digital-Analog-Wandlung DAC bereitgestellt sein.An analog-to-digital converter for an analog-to-digital conversion ADC and / or a digital-to-analog converter for a digital-to-analog conversion DAC can be provided in the digital transmission circuit.

Die Kommunikationsvorrichtung 11 sieht also ein bestimmtes digitales Interface zwischen der Antenne 16 mit ihrem Frontend (Frontendeinheit 20) einerseits und der Prozessoreinrichtung 26 andererseits vor. Bei diesem digitalen Interface handelt es sich um den sogenannte MIPI A-Phy (siehe beispielsweise https://mipi.org/specifications/a-phy). Der A-Phy befindet sich gerade in der Spezifikation der MIPI mit dem Ziel eine Schnittstelle zu definieren für die Übertragung hoher Datenraten von Sensoren (Kamera, LIDAR, RADAR). Die beschriebene Erweiterung hinsichtlich drahtloser Kommunikationsdienste birgt den Vorteil,

- dass auch hier Kabel eingespart werden können,
- die gleiche Schnittstelle für Sensordaten und Kommunikationsdaten genutzt wird und
- Kostengünstige Schnittstellen zur Verfügung stehen.

The communication device 11 thus sees a certain digital interface between the antenna 16 with its front end (front end unit 20th ) on the one hand and the processor device 26th on the other hand before. This digital interface is the so-called MIPI A-Phy (see for example https://mipi.org/specifications/a-phy). The A-Phy is currently in the specification of the MIPI with the aim of defining an interface for the transmission of high data rates from sensors (camera, LIDAR, RADAR). The described extension with regard to wireless communication services has the advantage of

- that cables can also be saved here,
- the same interface is used for sensor data and communication data and
- Inexpensive interfaces are available.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung der Standard MIPI A-Phy als ditigales Interface zwischen Antennen und Netzwerkzugangseinheit (Network-Access Device) bereitgestellt werden kann.Overall, the examples show how the invention can provide the MIPI A-Phy standard as a digital interface between antenna and network access device.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102015016334 A1 [0004]
DE 102016214855 A1 [0005]
US 2010/0284384 A1 [0006]

Claims

Communication device (11) for radio transmission of communication data (12), with - an antenna (16) for transmitting and / or receiving electromagnetic radio waves (17, 18) which represent the communication data (12), and - one with the antenna ( 16) electrically connected front-end unit (20) for amplifying and / or mixing an analog electrical antenna signal (19) containing the communication data (12), and a processor device (26) which is set up to generate the communication data (12) and / or to receive and / or to exchange with a digital communication network, wherein - the processor device (26) is connected to the front-end unit (20) via a signal cable (27), characterized in that at the front-end unit-side end of the signal cable (27) a digital transmission circuit (29) is provided for a MIPI A-Phy signal transmission of sensor data and an analog signal connection (30) of the digital transmission circuit line (29) is connected to the front-end unit (20) and a digital signal connection (31) of the digital transmission circuit (29) is connected to the signal cable (27) and the front-end unit (20) and the processor device (26) are set up to transmit the communication data ( 12) via the signal cable (27) as a digital signal (28).

Communication device (11) according to Claim 1 , wherein the front-end unit (20) has an amplifier device (21) for amplifying the signal of the antenna signal (19) and the digital transmission circuit (29) in the front-end unit (20) is connected to the amplifier device (21).

Communication device (11) according to Claim 1 wherein the front-end unit (20) for mixing has a mixer (25) for frequency mixing and the digital transmission circuit (29) in the front-end unit (20) is connected to the mixer (25).

Communication device (11) according to one of the preceding claims, wherein the digital transmission circuit (29) is set up to perform an analog-to-digital conversion (ADC) of the antenna signal and / or a digital-to-analog conversion (DAC) of the digital signal at a sampling rate greater than 1 gigahertz to perform.

Communication device (11) according to one of the preceding claims, wherein the digital transmission circuit (29) is set up to transmit I / Q samples by means of the digital signal (28).

Communication device (11) according to one of the preceding claims, wherein the signal cable (27) has a cable length of more than one meter.

Communication device (11) according to one of the preceding claims, wherein the processor device (26) is connected to at least one sensor via a respective further signal cable (27), wherein the at least one sensor is set up to transmit a respective sensor signal by means of a respective digital transmission circuit for a MIPI A-Phy to send signal transmission to the processor device (26).

Communication device (11) according to one of the preceding claims, wherein the processor device (26) is set up to mix the digital signal (28) by means of a digital mixer (32) for sending out of a baseband and / or for receiving into the baseband.

Communication device (11) according to one of the preceding claims, wherein the processor device (26) is set up to carry out a vehicle-to-vehicle communication and / or a vehicle-to-X communication by means of the communication data (12) and a protocol stack for this purpose for a 5G cellular connection and / or a C2X communication connection.

Motor vehicle (10) with a communication device (11) according to one of the preceding claims.