-
EINLEITUNG
-
Die Offenbarung des Themas bezieht sich auf die Konfiguration einer adaptiven Antennenanordnung (Antennenarray) für ein drahtloses Millimeterwellen-(mmWave-)System in einem Fahrzeug.
-
Ein Fahrzeug (z.B. PKW, LKW, Baumaschinen, landwirtschaftliche Geräte, automatisierte Fabrikausrüstung) kann Sensoren und Kommunikationsgeräte enthalten, um Informationen über das Fahrzeug und seine Umgebung zu erhalten. Die Informationen können den autonomen oder halbautonomen (z.B. Kollisionsvermeidung, automatisches Bremsen) Betrieb des Fahrzeugs sowie die Kommunikation, z.B. die Übertragung von Daten zwischen Fahrzeugen und Basisstationen, erleichtern. Die Kommunikation kann z.B. Daten für das Infotainmentsystem des Fahrzeugs oder Telematikdaten umfassen. Beispiele für Sensoren sind eine Kamera, ein Lidar-System (Light Detection and Ranging) und ein Radar-System (Radio Detection and Ranging). Ein drahtloses mmWave-System kann Kommunikationsfähigkeiten sowohl zwischen Fahrzeugen (V2V-Kommunikation) als auch zwischen einem Fahrzeug und der Infrastruktur (z.B. Basisstationen) bieten (V2I-Kommunikation). Anders als in einem stationären Szenario können sich die Richtung und der Abstand von einem Fahrzeug zu einer bestimmten Einheit, mit der es kommuniziert (d.h. Knoten im Kommunikationskreislauf), ändern, da das Fahrzeug eine bewegliche Plattform ist. Dementsprechend ist es wünschenswert, eine adaptive Antennengruppenkonfiguration für ein drahtloses Millimeterwellensystem (mmWave) in einem Fahrzeug bereitzustellen.
-
BESCHREIBUNG
-
In einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren für ein drahtloses Millimeterwellen-(mmWave-)System in einem Fahrzeug die Bestimmung einer Richtung und Orientierung für eine Verbindung vom drahtlosen mmWave-System zu einem Knoten außerhalb des Fahrzeugs und die Berechnung einer Anordnung von Antennenelementen des drahtlosen mmWave-Systems zur Erzeugung eines Strahlungsmusters zur Bildung der Verbindung. Die Anordnung von Antennenelemente ist eine Teilmenge aller Antennenelemente des drahtlosen mmWave-Systems. Die Anordnung von Antennenelemente des drahtlosen mmWave-Systems ist so eingerichtet, dass es über die Verbindung mit dem Knoten kommuniziert.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale wird die Bestimmung der Richtung und Orientierung, die Berechnung der Anordnung der Antennenelemente und die Konfiguration der Anordnung der Antennenelemente iterativ kontinuierlich während der Fahrt durchgeführt.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst die Konfiguration der Anordnung der Antennenelemente die Steuerung von Größe und Phase eines Signals, das von jedem Antennenelement der Anordnung von Antennenelementen übertragen wird, um das Strahlungsdiagramm zu erzeugen.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst das Verfahren auch das gleichzeitige Senden von jedem einzelnen Antennenelement der Antennengruppe der Antennenelemente, um das Strahlungsdiagramm zu erzeugen.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst das Verfahren auch die Bestimmung einer zweiten Richtung und Orientierung für eine zweite Verbindung zu einem zweiten Knoten und die Berechnung einer zweiten Anordnung der Antennenelemente des drahtlosen mmWave-Systems, um ein zweites Strahlungsdiagramm zur Bildung der zweiten Verbindung zu erzeugen.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst das Verfahren auch die Übertragung des Strahlungsdiagramms unter Verwendung der Anordnung der Antennenelemente gleichzeitig mit der Übertragung des zweiten Strahlungsdiagramms unter Verwendung der zweiten Anordnung der Antennenelemente.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst das Verfahren auch die Berechnung einer zusätzlichen Anordnung der Antennenelemente des drahtlosen mmWave-Systems, um ein zusätzliches, auf den Knoten gerichtetes Strahlungsdiagramm zu erzeugen. Die Erzeugung des zusätzlichen Strahlungsdiagramms beinhaltet, dass das Strahlungsdiagramm nicht mit dem zusätzlichen Strahlungsdiagramm korreliert ist.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst das Verfahren auch die Verwendung einer Schaltmatrix zur adaptiven Definition der Anordnung von Antennenelemente.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst das Verfahren auch die Übertragung von Daten von einem oder mehreren Sensoren des Fahrzeugs an den Knotenpunkt unter Verwendung des Anordnung von Antennenelemente. Die Übertragung der Daten von einem oder mehreren Sensoren des Fahrzeugs schließt die Übertragung von Daten von einem Radarsystem, einem Lidarsystem oder einer Kamera ein.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst das Verfahren auch den Empfang von Daten am Fahrzeug vom Knotenpunkt unter Verwendung des Anordnung von Antennenelemente.
-
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform umfasst ein System in einem Fahrzeug ein drahtloses Millimeterwellen-(mmWave-)System im Fahrzeug, das Antennenelemente für die Übertragung und den Empfang in einem Millimeterwellenlängenbereich umfasst. Das System enthält auch eine Steuerung, um eine Richtung und Orientierung für eine Verbindung vom drahtlosen mmWave-System zu einem Knoten außerhalb des Fahrzeugs zu bestimmen und eine Anordnung der Antennenelemente des drahtlosen mmWave-Systems zu berechnen, um ein Strahlungsmuster zur Bildung der Verbindung zu erzeugen. Die Anordnung von Antennenelemente ist eine Teilmenge aller Antennenelemente des drahtlosen mmWave-Systems. Die Steuerung konfiguriert auch die Anordnung von Antennenelementen des drahtlosen mmWave-Systems für die Kommunikation mit dem Knoten über die Verbindung.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale bestimmt die Steuerung iterativ die Richtung und Ausrichtung, berechnet die Anordnung von Antennenelementen und konfiguriert die Anordnung von Antennenelemente kontinuierlich während der Fahrt des Fahrzeugs.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale konfiguriert die Steuerung die Anordnung von Antennenelementen, indem sie die Größe und Phase eines von jedem Antennenelement des Arrays von Antennenelementen übertragenen Signals steuert, um das Strahlungsdiagramm zu erzeugen.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale sendet jedes der Antennenelemente der Anordnung von Antennenelementen gleichzeitig, um das Strahlungsdiagramm zu erzeugen.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale bestimmt die Steuerung eine zweite Richtung und Ausrichtung für eine zweite Verbindung zu einem zweiten Knoten und berechnet eine zweite Anordnung von Antennenelementen des drahtlosen mmWave-Systems, um ein zweites Strahlungsdiagramm zur Bildung der zweiten Verbindung zu erzeugen.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale wird das Strahlungsdiagramm durch die Anordnung der Antennenelemente gleichzeitig mit dem zweiten Strahlungsdiagramm durch die zweite Anordnung der Antennenelemente übertragen.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale berechnet die Steuerung eine zusätzliche Anordnung der Antennenelemente des drahtlosen mmWave-Systems, um ein zusätzliches, auf den Knoten gerichtetes Strahlungsdiagramm zu erzeugen, und steuert das Strahlungsdiagramm so, dass es mit dem zusätzlichen Strahlungsdiagramm unkorreliert ist.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale enthält das System auch eine Schaltmatrix, die so eingerichtet ist, dass sie die Anordnung von Antennenelementen adaptiv definiert.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale überträgt das drahtlose mmWave-System Daten von einem oder mehreren Sensoren des Fahrzeugs an den Knotenpunkt unter Verwendung der Anordnung der Antennenelemente, wobei der eine oder die mehreren Sensoren ein Radarsystem, ein Lidarsystem oder eine Kamera umfassen.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale empfängt das drahtlose mmWave-System Daten vom Knoten unter Verwendung des Anordnung von Antennenelemente.
-
Die oben genannten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der Offenbarung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung leicht ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Figuren aufgenommen werden.
-
Figurenliste
-
Weitere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur beispielhaft in der folgenden ausführlichen Beschreibung, wobei sich die ausführliche Beschreibung auf die Figuren bezieht, in denen:
- 1 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Fahrzeugs mit einem drahtlosen mmWave-System, das eine adaptive Antennengruppenkonfiguration gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen enthält;
- 2A, 2B und 2C zeigen beispielhafte Ausführungsformen von Antennenelementen, die auf dreidimensionalen Formen angeordnet sind, um eine adaptive Antennengruppenkonfiguration gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zu ermöglichen;
- 3 zeigt eine beispielhafte adaptive Antennen-Array-Konfiguration für ein drahtloses mmWave-Fahrzeugsystem nach einer oder mehreren Ausführungsformen;
- 4 ist ein Blockdiagramm relevanter Aspekte des drahtlosen mmWave-Systems, das zur Durchführung einer adaptiven Antennen-Array-Konfiguration gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen verwendet wird;
- 5 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften HF-Kette, die adaptiv an ein Antennenelement gekoppelt werden kann, um Antennen-Arrays nach einer oder mehreren Ausführungsformen zu konfigurieren;
- 6 ist ein Blockdiagramm, das die in 5 gezeigte Strahllenkungseinheit detailliert darstellt;
- und
- 7 ist ein Prozessablauf einer Methode zur adaptiven Konfiguration von Antennen-Arrays in einem drahtlosen mmWave-Fahrzeugsystem nach einer oder mehreren Ausführungsformen.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
Die folgende Beschreibung hat lediglich beispielhaften Charakter und soll die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder ihren Gebrauch nicht einschränken. Es ist zu verstehen, dass in den Figuren durchgehend entsprechende Referenzziffern auf gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale hinweisen.
-
Wie bereits erwähnt, gehört ein drahtloses mmWave-System zu den beispielhaften Kommunikationssystemen, die ein Fahrzeug verwenden kann. Das mmWave-System ermöglicht eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung. Aufgrund der Tatsache, dass es sich bei einer Fahrzeuganwendung um eine bewegliche Plattform handelt, kann sich die Ausrichtung zwischen dem drahtlosen mmWave-System und dem Knoten, mit dem das drahtlose mmWave-System kommuniziert (im Allgemeinen eine Basisstation oder ein anderes Fahrzeug), in Echtzeit ändern. Beispielsweise kann sich die Ausrichtung zwischen dem drahtlosen mmWave-System des Fahrzeugs und einem Knoten während der Übertragung großer Datendateien ändern.
-
Ausführungsformen der hier beschriebenen Systeme und Verfahren beziehen sich auf die Bereitstellung einer adaptiven Antennen-Array-Konfiguration für ein drahtloses mmWave-Fahrzeugsystem. Antennenelemente, bei denen es sich um aktive Strahler handelt, die über eine dreidimensionale oder ebene Form verteilt sind, werden adaptiv für den Betrieb ausgewählt. Die ausgewählten Antennenelemente bilden ein oder mehrere Antennengruppen. Zu verschiedenen Zeitpunkten können verschiedene Antennenelemente zu einem oder mehreren Arrays gruppiert werden. Die Strahlformung kann durch Anlegen unterschiedlicher Amplituden- und Phasenwerte an das Signal erfolgen, das jedem Antennenelement eines Arrays zugeführt wird. Die Auswahl der Antennenelemente für den Betrieb (d.h. Senden und Empfangen) kann z.B. auf Richtwirkung, Hauptkeulenstrahlbreite oder Gewinn basieren, um die Qualität der Hochfrequenz (HF)-Verbindung zu optimieren. Die hier besprochenen Beispiele sollen die Grundlage, auf der Antennen-Arrays adaptiv gebildet werden, nicht einschränken.
-
Entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform ist 1 ein Blockschaltbild eines beispielhaften Fahrzeugs 100 mit einem drahtlosen mmWave-System, das eine adaptive Antennengruppenkonfiguration enthält. Das beispielhafte Fahrzeug 100 in 1 ist ein Automobil 101. Das Fahrzeug 100 ist mit einem drahtlosen mmWave-System 110 dargestellt, das einen Satz Antennenelemente 115 enthält. Weitere Aspekte des drahtlosen mmWave-Systems 110 werden unter Bezugnahme auf 4-7 erörtert. Im Allgemeinen sendet und empfängt ein drahtloses mmWave-System Signale auf Frequenzen zwischen 30 Gigahertz (GHz) und 300 GHz. Das drahtlose mmWave-System 110 eines Fahrzeugs 100 kann Signale in den Frequenzbändern 28 GHz oder 39 GHz senden und empfangen. In dem in 1 gezeigten Beispielfall sind die Antennenelemente 115 auf dem ebenen Dach des Fahrzeuges 100 angeordnet.
-
Das exemplarische Fahrzeug 100 wird mit weiteren Sensoren wie Kameras 130, einem Radarsystem 135 und einem Lidarsystem 140 gezeigt. Die Anzahl und Anordnung der Sensoren soll durch das Beispiel nicht eingeschränkt werden. Nach einer oder mehreren Ausführungsformen können Informationen von einem oder mehreren dieser anderen Sensoren über einen Knoten 150 (z.B. Basisstation, ein anderes Fahrzeug) außerhalb des Fahrzeugs 100 übertragen werden. Während ein exemplarischer Knoten 150 in 1 dargestellt ist, kann es mehrere Knoten 150 in der Sichtlinie des Fahrzeugs 100 an einer bestimmten Position und bei seiner Bewegung geben. Wie bereits erwähnt, erfordert die Aufrechterhaltung der HF-Verbindung zwischen dem Fahrzeug 100 und den Basisstationen die adaptive Konfiguration eines oder mehrerer Antennen-Arrays 310 (3) aus den Antennenelementen 115. Eine Steuerung 120 ist auch im Beispielfahrzeug 100 dargestellt. Die Steuerung 120 kann aus zwei oder mehr Steuerungen 120 bestehen, die miteinander kommunizieren, um die beschriebene Funktionalität auszuführen. Die Steuerung 120 kann Informationen von anderen Sensoren oder anderen Quellen erhalten, um die adaptive Konfiguration verschiedener Antennen-Arrays 310 zu steuern.
-
Die Steuerung 120 kann zur Übertragung von Informationen zum und vom drahtlosen mmWave-System 110 verwendet werden. Die durch das drahtlose mmWave-System 110 und andere Sensoren und Informationsquellen erhaltenen Informationen können zur Steuerung von Aspekten des Betriebs des Fahrzeugs 100 verwendet werden. So können z.B. halbautonome Systeme (z.B. adaptive Geschwindigkeitsregelung, Kollisionsvermeidung, automatisches Bremsen) oder der autonome Betrieb durch die über den Regler 120 übertragenen Informationen gesteuert werden. Die Steuerung 120 enthält eine Verarbeitungsschaltung, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder gruppiert) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführt, eine kombinierte Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen, umfassen kann.
-
2A, 2B und 2C zeigen beispielhafte Ausführungsformen von Antennenelementen 115, die auf dreidimensionalen Formen 200 angeordnet sind. 2A zeigen Antennenelemente 115 auf einer dreidimensionalen Form 200, die eine zylindrische Form ist. Außerdem sind beispielhafte Antennenstrahlen 210 angegeben. Die beispielhaften Antennenstrahlen 210 befinden sich auf der gleichen Höhe, aber benachbarte Antennenstrahlen 210 sind um neunzig Grad versetzt. 2B zeigt die Antennenelemente 115 auf einer dreidimensionalen Form 200, die einer Kugel ohne die beiden Pole ähnelt. Aufgrund dieser Form enthalten die Raumwinkel des Strahlungsdiagramms für viele der Antennenelemente 115 sowohl einen Azimut- als auch einen Elevationsversatz. Infolgedessen kann die Strahlcharakteristik für die beispielhaften Strahlen 210 z.B. im Vergleich zu Strahlen, die in die gleichen Richtungen gelenkt werden, mit einem oder einer Anordnung von Antennenelementen 115 der dreidimensionalen Form 200 in 2A verbessert werden. Die in 2B gezeigte beispielhafte dreidimensionale Form 200 kann von Vorteil sein, wenn das drahtlose mmWave-System 110 beispielsweise mit mehreren Knoten 150 gleichzeitig kommunizieren soll. 2C zeigt eine beispielhafte dreidimensionale Form 200, auf der die Antennenelemente 115 angeordnet sind, d.h. wie ein Kegelstumpf (d.h. eine kegelstumpfförmige Form).
-
3 zeigt eine beispielhafte adaptive Antennen-Array-Konfiguration für ein drahtloses mmWave-Fahrzeugsystem 110 nach einer oder mehreren Ausführungsformen. Es sind M Antennenelemente 115 auf der in 3 gezeigten dreidimensionalen Form 200 angeordnet. Drei verschiedene Antennengruppen 310a, 310b, 310c (allgemein als 310 bezeichnet) werden aus den M Antennenelementen 115 adaptiv eingerichtet. Das Antennen-Array 310a enthält sechs der Antennenelemente 115, wie in der Matrix 320 mit Punkten angegeben. Das heißt, die Matrix 320 enthält Punkte, die jedem der Antennenelemente 115 entsprechen, die ein aktives Antennen-Array 310 bilden. Die Antennengruppe 310b umfasst drei Antennenelemente 115, und die Antennengruppe 310c umfasst sechs Antennenelemente 115. Andere beispielhafte Antennen-Arrays 310 können die Antennenelemente 115 wiederverwenden, die Teil einer der beispielhaften Antennen-Arrays 310a, 310b, 310c sind.
-
4 ist ein Blockdiagramm relevanter Aspekte des drahtlosen mmWave-Systems 110, das zur Durchführung einer adaptiven Antennen-Array-Konfiguration gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen verwendet wird. Das drahtlose mmWave-System 110 umfasst eine drahtlose mmWave-Steuerung 410, N HF-Ketten 420-A bis 420-N (allgemein als 420 bezeichnet), eine Schaltmatrix 430 und M Antennenelemente 115-A bis 115-M (allgemein 115). Im Allgemeinen kann es so viele oder weniger HF-Ketten 420 wie Antennenelemente 115 geben (d.h. N kann kleiner oder gleich M sein). Der drahtlose mmWave-Steuerung 410 bestimmt, welche der HF-Ketten 420 betriebsbereit sind und welche ein oder mehrere Antennenelemente 115 von den betriebenen HF-Ketten 420 erregt werden. Diese Bestimmung durch die drahtlose mmWave-Steuerung 410 wird unter Bezugnahme auf 7 weiter erörtert. Die Umsetzung dieser Bestimmung erfolgt durch die Schaltmatrix 430. Somit kann die in 3 gezeigte Matrix 320 als das Ergebnis einer beispielhaften Einstellung der Schaltmatrix 430 betrachtet werden. Die beispielhafte Schaltmatrix 430 enthält steuerbare Schalter 435 von jeder HF-Kette 420 zu jedem Antennenelement 115. Alle Schalter 435 sind in der Aus-Stellung (nicht angeschlossen) vor der Konfiguration der Antennen-Arrays 310 dargestellt. Während eine beispielhafte Schaltmatrix 430 mit den Schaltern 435 in 4 dargestellt ist, können andere Mechanismen verwendet werden, um eine oder mehrere HF-Ketten 420 mit Antennenelementen 115 gemäß alternativen Ausführungsformen zu verbinden.
-
Nach einer beispielhaften Ausführungsform kann die Schaltmatrix 430 an jeder HF-Kette 420 einen Splitter enthalten, um den Ausgang von und den Eingang zur HF-Kette 420 M-Wege aufzuteilen. Jedes dieser M-Eingangs- und Ausgangspaare kann einem Schalter an jedem der M-Antennenelemente 115 zugeführt werden. Die drahtlose mmWave-Steuerung 410 kann ein takt- und feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) und, wie die Steuerung 120 des Fahrzeuges 100, andere Verarbeitungsschaltungen enthalten, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder gruppiert) und Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführt, eine kombinierte Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen, umfassen können.
-
In einem Extrem kann eine einzelne HF-Kette 420 ein Sendesignal 440 erzeugen und über die Schaltmatrix 430 an jedes der M-Antennenelemente 115 liefern. Die an jedem der M-Antennenelemente 115 empfangenen Signale 450 werden dann über die Schaltmatrix 430 der einzelnen HF-Kette 420 zugeführt. In einem anderen Extrem kann jede HF-Kette 420 ein Sendesignal 440 erzeugen und über die Schaltmatrix 430 einem entsprechenden Antennenelement 115 zuführen. Im Allgemeinen können einige Teilmengen K der N HF-Ketten 420 über die Schaltmatrix 430 mit einer entsprechenden Teilmenge K der M Antennenelemente 115 adaptiv gekoppelt werden, um Antennen-Arrays 310 wie die in 3 gezeigten beispielhaften Antennen-Arrays 310 zu bilden. Eine beispielhafte Implementierung einer HF-Kette 420 ist unter Bezugnahme auf 5 und 6 detailliert dargestellt.
-
5 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften HF-Kette 420, die adaptiv mit einem Antennenelement 115 gekoppelt werden kann, um Antennen-Arrays 310 entsprechend einer oder mehrerer Ausführungsformen zu konfigurieren. Jede beispielhafte HF-Kette 420 enthält die Sendekomponenten 501 und die Empfangskomponenten 502. Die Sendekomponenten 501 umfassen eine digitale Aufwärtswandlereinheit 505, eine Crest-Faktor-Reduktionseinheit 510 und eine digitale Vorverzerrungseinheit 515. Der Ausgang der digitalen Vorverzerrungseinheit 515 wird einem Digital/Analog-Wandler (DAC) 520 zugeführt, und das resultierende Analogsignal wird einem Aufwärtswandler 525 zugeführt. Das Analogsignal vom DAC 520 liegt bei einer Zwischenfrequenz (z.B. 20 Megahertz (MHz)). Der Aufwärtswandler 525 enthält einen Verstärker mit variabler Verstärkung (VGA) 530, ein Tiefpassfilter 535 und einen Mischer 540, der von einem Oszillator 545 gespeist wird. Der Ausgang des Aufwärtswandlers wird einem Bandpassfilter 550 und einem Leistungsverstärker (PA) 555 zugeführt. Ein Duplexer 560 sendet das Signal von den Sendekomponenten 501 an eine Strahllenkungseinheit 600 zur Übertragung (z.B. an einen Knotenpunkt150 in der Sichtlinie des Fahrzeugs 100). In alternativen Implementierungen der HF-Kette 420 kann stattdessen ein Diplexer oder ein Sende- und Empfangsschalter verwendet werden. Ein empfangenes Signal (z.B. von einem Knoten 1 50 mit dem Fahrzeug 100 in der Sichtlinie des Fahrzeugs 100) wird von den Empfangskomponenten 502 verarbeitet. Die Signale zur und von der Strahllenkeinheit 600 sind HF-Signale 610. Die Strahllenkungseinheit 600 wird verwendet, um die Amplitude und Phase des HF-Signals 610 zu verschieben, um eine Strahlformung durchzuführen, und wird weiter mit Bezug auf 6 diskutiert.
-
Die empfangenen Komponenten 502 umfassen einen rauscharmen Verstärker (LNA) 565, gefolgt von einem Bandpassfilter 550. Der Ausgang des Bandpassfilters 550 wird einem Abwärtswandler 570 zugeführt. Der Abwärtsumsetzer 570 enthält einen Mischer 540, der ebenfalls vom Oszillator 545 versorgt wird, ein Tiefpassfilter 535 und einen VGA 530. Der Ausgang des Abwärtswandlers 570 wird einem Analog-Digital-Wandler (ADC) 575 zugeführt. Das resultierende digitale Signal wird einer digitalen Abwärtswandlereinheit 580 zugeführt. Andere bekannte Elemente und Aspekte eines drahtlosen mmWave-Systems 110 werden nicht näher erläutert.
-
6 ist ein Blockdiagramm, das Aspekte der in 5 gezeigten Strahl-Steuerung 600 detailliert darstellt. Es wird weiterhin auf die vorhergehenden Abbildungen verwiesen. Die Strahl-Steuerung 600 kann als Teil der HF-Kette 420 verwendet werden, um Strahlformung mit einem adaptiv eingerichteten Antennen-Array 310 durchzuführen. Ein von den Sendekomponenten 501 der HF-Kette 420 kommendes HF-Signal 610 wird einem Phasenschieber 620 zugeführt. Das daraus resultierende phasenverschobene HF-Signal wird an einen Schalter 630 gesendet, der die Sendeseite 501 und die Empfangsseite 502 der Strahl-Steuerung 600 trennt. Der Schalter 630 kann z.B. ein einpoliger Zweiwegschalter sein. Auf der Sendeseite 501 verstärkt ein PA 640 das phasenverschobene HF-Signal und stellt es einem weiteren Schalter 650 zur Ausgabe an die Schaltmatrix 430 zur Verfügung. Wenn ein empfangenes Signal 450 durch die Schaltmatrix 430 zum Schalter 650 gelangt, wird die Empfangsseite 502 der HF-Kette 420 verwendet. Ein Begrenzer 660 wird von einem LNA 670 gefolgt. Der Ausgang des LNA 670 wird dem Schalter 630 zugeführt, der ihn an den Phasenschieber 620 weiterleitet. Der Phasenschieber liefert das resultierende HF-Signal 610 an den Duplexer 560.
-
7 ist ein Prozessablauf eines Verfahrens 700 zur adaptiven Konfiguration von Antennen-Arrays 310 in einem drahtlosen mmWave-Fahrzeugsystem 110 nach einer oder mehreren Ausführungsformen. Es wird weiterhin auf die vorhergehenden Abbildungen verwiesen. Die in 7 dargestellten Prozesse können von der Steuerung 120, von der Steuerung des drahtlosen mmWave-Systems 410 oder von einer Kombination aus beiden durchgeführt werden. Im Block 710 kann die Bestimmung der Richtung und Orientierung einer gewünschten Verbindung jederzeit während des Betriebs des drahtlosen mmWave-Systems 110 im Fahrzeug 100 durchgeführt werden. Beispielsweise können alle Antennenelemente 115 einzeln zum Scannen verwendet werden (z.B. zum Empfang von Sendungen von Knoten 150 innerhalb der Sichtlinie des drahtlosen mmWave-Systems 110). Dann kann die relative Stärke der empfangenen Signale 450 mit den verschiedenen Antennenelementen 115 verwendet werden, um einen oder mehrere Knoten 150 von Interesse zu lokalisieren. Die Richtung und Ausrichtung zu jedem Knoten1 50 definiert jede gewünschte Verbindung.
-
In Block 720 bezieht sich die Berechnung der Kombination von Antennenelementen 115 zur Erzeugung des einen oder mehrerer Strahlungsdiagramme auf die Bestimmung der Antennenelemente 115, die für ein oder mehrere Antennen-Arrays 310 benötigt werden, um die gewünschte(n) Verbindung(en) zu bilden. In Block 730 umfassen die Prozesse die Konfiguration der Antennenelemente 115 eines oder mehrerer Antennen-Arrays 310 und die Zuweisung einer Größe und Phase zu jedem Antennenelement 115, um das eine oder die mehreren Strahlungsdiagramme zu erhalten, die für die eine oder die mehreren Verbindungen benötigt werden. Die Prozesse in den Blöcken 710, 720 und 730 können kontinuierlich durchgeführt werden, wenn sich das Fahrzeug 100 bewegt, da sich die Richtung und Ausrichtung eines oder mehrerer gewünschter Links ändern kann. Infolgedessen muss ein Antennen-Array 310 möglicherweise neu eingerichtet werden, um die Verbindung aufrechtzuerhalten. Wenn ein Knoten 150 aus der Sichtlinie des drahtlosen mmWave-Systems 110 herausfällt und ein anderer Knoten 150 in die Sichtlinie kommt, können sich die gewünschte Verbindung und die entsprechenden Antennenelemente 115 entsprechend ändern. Die Zuweisung einer bestimmten Größe und Phase zu jedem Antennenelement 115 in jedem Antennen-Array 310 ist Teil des Prozesses zur Erzeugung des gewünschten Strahlungsdiagramms.
-
Wenn zwei oder mehr Antennen-Arrays 310 so eingerichtet sind (bei Block 730), dass sie mit demselben Knoten 150 kommunizieren (z.B. um den Durchsatz einer Datenübertragung zu erhöhen), werden die Strahlungsdiagramme der verschiedenen Antennen-Arrays 310, die auf denselben Knoten 150 gerichtet sind, so erzeugt, dass sie unkorreliert sind. Das bedeutet, dass z.B. die Strahlungsdiagramme, die von jedem der Antennen-Arrays 310 übertragen werden, so auf verschiedene Antennen des Knotens 150 gerichtet sind, dass sich die Strahlungsdiagramme nicht überlappen. Das Fehlen der Überlappung bedeutet, dass es keine Interferenzen zwischen den von den Antennen-Arrays 310 übertragenen Strahlungsdiagrammen gibt. Als weiteres Beispiel wird für jedes der Antennen-Arrays 310 eine orthogonale Polarisation verwendet, um Interferenzen zwischen den von den Antennen-Arrays 310 übertragenen Strahlungsdiagrammen zu eliminieren. Innerhalb eines bestimmten Antennen-Arrays 310 senden die Antennenelemente 115 gleichzeitig und empfangen gleichzeitig. Innerhalb von zwei oder mehr Antennengruppen 310, die (bei Block 730) für zwei oder mehr Verbindungen eingerichtet sind, können die Antennengruppen 310 Strahlungsdiagramme gleichzeitig oder abwechselnd senden.
-
Während die obige Offenbarung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird es von den Fachleuten verstanden werden, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Elemente davon durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne von ihrem Anwendungsbereich abzuweichen. Darüber hinaus können viele Änderungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von ihrem wesentlichen Anwendungsbereich abzuweichen. Es ist daher beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die einzelnen offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern alle Ausführungsformen einschließt, die in ihren Anwendungsbereich fallen.
