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HINTERGRUND
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Die Erfindung betrifft eine Kommunikationseinheit, insbesondere eine Kommunikationseinheit für ein Fahrzeug, sowie ein Fahrzeug mit einer Kommunikationseinheit.
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Frequenzbänder im Millimeterwellenbereich gewinnen in vielen Bereichen, so auch im Bereich der Automobilindustrie, immer mehr an Bedeutung. Beispielsweise nutzt der neue 5G-Mobilfunkstandard Frequenzen im GHz-Bereich. Um die hohen Frequenzen von Millimeterwellen im GHz-Bereich nutzen zu können, weisen Kommunikationseinheiten (z.B. Telematikeinheiten) meist eine große Anzahl an Strahlerelementen (Antennen) auf. Diese werden in Antennen-Arrays gruppiert. Diese Gruppierung ist unabdingbar für die Strahlformung (Beamforming), welche eine wesentliche Rolle bei der Kommunikation (z.B. zwischen dem Fahrzeug und Mobilfunk-Sendemasten) bei den hohen Frequenzen von Millimeterwellen spielt. Für eine ausreichend gute Verbindung zwischen Fahrzeug und Sendemasten ist der vom Fahrzeug ausgesendete Strahl möglichst genau auf die jeweiligen Sendemasten auszurichten.
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ÜBERSICHT
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Es wird eine Kommunikationseinheit vorgeschlagen, die folgendes aufweist: ein Gehäuse mit einer Oberseite, einer der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite und Seitenwänden, die die Oberseite mit der Unterseite verbinden, eine im Inneren des Gehäuses angeordnete Antennenschaltung, und eine Vielzahl von Antennen, wobei die Antennenschaltung dazu ausgebildet ist Signale über die Vielzahl von Antennen auszusenden und zu empfangen, die Vielzahl von Antennen an den Seitenwänden des Gehäuses angeordnet ist, und die Vielzahl von Antennen ein Antennen-Array bildet.
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Es wird weiterhin ein Fahrzeug vorgeschlagen, welches wenigstens eine solche Kommunikationseinheit aufweist, wobei die wenigstens eine Kommunikationseinheit im Bereich des Fahrzeugdaches angeordnet ist.
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Es wird weiterhin ein Fahrzeug vorgeschlagen mit einer Kommunikationseinheit und einer Vielzahl von Antennen, wobei die Kommunikationseinheit mit jeder der Vielzahl von Antennen verbunden ist, die Kommunikationseinheit eine in einem Gehäuse angeordnete Antennenschaltung aufweist die dazu ausgebildet ist, Signale über die Vielzahl von Antennen auszusenden und zu empfangen, jede der Vielzahl von Antennen derart im Bereich des Fahrzeugdaches angeordnet ist, dass ihre jeweilige Hauptabstrahlrichtung im Wesentlichen parallel zu einer Fahrbahn auf der sich das Fahrzeug bewegt ausgerichtet ist, und die Vielzahl von Antennen ein Antennen-Array bildet.
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Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren (FIG.) dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei identische oder ähnliche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
- 1 zeigt schematisch eine beispielhafte Kommunikationseinheit.
- 2 zeigt schematisch ein Fahrzeug mit einer Kommunikationseinheit.
- 3 zeigt schematisch ein Fahrzeugdach mit einer Vielzahl von Kommunikationseinheiten.
- 4 zeigt schematisch ein Fahrzeugdach mit einer Abdeckung.
- 5 zeigt schematisch ein Fahrzeug mit einer Vielzahl von Antennen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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1 zeigt ein Beispiel einer Kommunikationseinheit 10. Die Kommunikationseinheit 10 kann beispielsweise eine Telematikeinheit aufweisen oder als Telematikeinheit ausgebildet sein. Eine Telematikeinheit ist grundsätzlich dazu ausgebildet, in einem Fahrzeug angeordnet zu werden und weist verschiedene Funktionen auf. Die Funktionen einer herkömmlichen Telematikeinheit weisen beispielsweise das Verbinden der Telematikeinheit mit dem Internet, mit verschiedenen Smartphone-Apps, RFID-Karten oder Ähnlichem auf. Die Telematikeinheit kann beispielsweise auch dazu ausgebildet sein, einen Fahrzeuginternen WLAN-Hotspot zu erzeugen. Zudem kann die Telematikeinheit optional dazu ausgebildet sein, im Falle eines Unfalls des Fahrzeugs automatisch einen Notruf abzusetzen. Hierfür kann die Telematikeinheit Daten verschiedener anderer Steuergeräte des Fahrzeugs sammeln und anhand dieser Daten auswerten, ob ein Unfall stattgefunden hat. Die Telematikeinheit kann beispielsweise auch Telemetriedaten, wie beispielsweise die Position oder die Geschwindigkeit des Fahrzeugs sammeln, und diese Daten anderen Systemen des Fahrzeugs bereitstellen. Die Telematikeinheit kann Daten, welche sie beispielsweise über einen oder mehrere angeschlossene Datenbusse (z.B. CAN-Bus, LIN-Bus, MOST-Bus, FlexRay, Ethernet) von anderen Steuergeräten erhält auch für viele andere Funktionen sammeln und auswerten. So kann beispielsweise die Sicherheit des Fahrers und eventueller Mitfahrer verbessert werden.
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Gemäß einem weiteren Beispiel kann die Kommunikationseinheit 10 jedoch beispielsweise auch nur solche Elemente aufweisen, welche zum Senden und Empfangen von Signalen erforderlich sind. Das heißt, die Kommunikationseinheit 10 kann eine reine Sende-/Empfangseinheit sein, welche mit einer entfernt angeordneten Recheneinheit (electronic control unit, ECU) drahtlos oder drahtgebunden verbunden ist. Die Kommunikationseinheit 10 führt in diesem Beispiel selbst keine weiteren Funktionen aus und fungiert einzig und alleine als Funkmodem, welches von einer Recheneinheit zu sendende Daten empfängt und entsprechende Signale aussendet, und Signale empfängt und zur weiteren Verarbeitung an eine Recheneinheit weiterleitet. Dies wird oft auch als „Remote Radio Head“ bezeichnet.
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Um die verschiedenen Funktionen zu implementieren, ist die Kommunikationseinheit 10 in der Regel dazu ausgebildet, mit Mobilfunk-Sendemasten zu kommunizieren. Dadurch kann die Kommunikationseinheit 10, und somit ein Fahrzeug in welchem die Kommunikationseinheit 10 angeordnet ist, mit dem Internet verbunden werden. Wie in 2 beispielhaft dargestellt, kann die Kommunikationseinheit 10 beispielsweise auf dem Dach eines Fahrzeugs 30 angeordnet sein. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die ausgesendeten oder empfangenen Signale nicht durch Abschattungseffekte zu stark beeinträchtigt werden. Mobilfunkt-Sendemasten 40 weisen in der Regel eine gewisse Höhe über dem Untergrund auf, um eine Kommunikation zu ermöglichen. Aufgrund der meist verhältnismäßig großen Entfernung zwischen Fahrzeug 30 und Sendemast 40 ist eine Hauptabstrahlrichtung der von der Kommunikationseinheit 10 ausgesendeten Signale 50 jedoch idealerweise im Wesentlichen parallel zum Untergrund oder nur in einem kleinen Winkel α (z.B. zwischen 0° und 45°) in Bezug auf den Untergrund (bzw. den Horizont) zu wählen.
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Um einen derart geringen Abstrahlwinkel zum Untergrund (bzw. zum Horizont) zu erreichen, sind bei der in 1 dargestellten Kommunikationseinheit 10 eine Vielzahl von Antennen 20 an den Seitenflächen 103 eines Gehäuses der Kommunikationseinheit 10 angeordnet. Für Kommunikationseinheiten 10 verwendete Gehäuse weisen in der Regel einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt auf. Es sind jedoch auch andere Querschnitte, wie beispielsweise runde oder ovale Querschnitte, möglich. Durch runde oder ovale Querschnitte kann beispielsweise die Richtwirkung der An dem Gehäuse angeordneten Antennen optimiert werden, was bei einem sich bewegenden Fahrzeug von Vorteil sein kann. Das Gehäuse weist eine Oberseite 101 und eine der Oberseite 101 gegenüberliegende Unterseite 102 auf. Die Oberseite 101 und die Unterseite 102 sind durch Seitenwände 103 miteinander verbunden. Im Inneren des Gehäuses ist eine entsprechende Elektronik bzw. Antennenschaltung angeordnet, die dazu ausgebildet ist Signale über die Antennen 20 auszusenden und zu empfangen. Die Seitenwände 103 können beispielsweise in einem Winkel von 90° zu der Oberseite 101 und der Unterseite 102 angeordnet sein. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Die Seitenwände 103 können beispielsweise auch in einem Winkel von 90° ± 20° oder sogar 90° ± 30° zu der Oberseite 101 und/oder der Unterseite 102 angeordnet sein.
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Aus Platzgründen werden Kommunikationseinheiten 10 in der Regel flach auf dem Fahrzeugdach angeordnet. Das heißt, dass die Oberseite 101 und die Unterseite 102 im Wesentlichen parallel zu der Fahrbahn auf der sich das Fahrzeug 30 bewegt angeordnet sind. Es ist jedoch nicht erforderlich, die Oberseite 101 und die Unterseite 102 exakt parallel zu der Fahrbahn auszurichten. Ober- und Unterseite 101, 102 können beispielsweise gegenüber der Fahrbahn auch leicht angewinkelt sein, beispielsweise in einem Winkel von bis zu 30°. Dadurch wird nur ein sehr flacher Bauraum im Fahrzeugdach benötigt. Die Antennen 20 bilden ein Antennen-Array. Diese Gruppierung in einem Antennen-Array ist unabdingbar für die Strahlformung (Beamforming), welche eine wesentliche Rolle bei der Kommunikation (z.B. zwischen dem Fahrzeug 30 und Mobilfunk-Sendemasten 40) insbesondere bei den hohen Frequenzen von Millimeterwellen spielt. Für eine ausreichend gute Verbindung zwischen Fahrzeug 30 und Sendemasten 40, ist der von den Antennen 20 ausgesendete Strahl möglichst genau auf die jeweiligen Sendemasten 40 auszurichten. Die an den Seitenwänden 103 angeordneten Antennen 20 haben durch die flache Anordnung der Kommunikationsanordnung 10 auf dem Fahrzeugdach eine Haupt-Abstrahlrichtung die im Wesentlichen parallel zu der Fahrbahn verläuft, so dass eine Strahlbildung mit den oben genannten Winkeln α zum Untergrund bzw. Horizont einfach erreicht werden kann. Entsprechende Algorithmen sind hinreichend bekannt, mit welchen die Antennen 20 derart angesteuert werden könne, um die gewünschte Haupt-Abstrahlrichtung zu erreichen und während des Betriebs gegebenenfalls auch nachzujustieren oder zu optimieren.
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Gemäß einem Beispiel sind eine Vielzahl von Antennen 20 in regelmäßigen Abständen um den Umfang des Gehäuses herum angeordnet, wie dies beispielhaft in 1 dargestellt ist. Die Vielzahl von Antennen 20 kann dabei beispielsweise in einer einzigen Reihe angeordnet sein (lineares Antennen-Array). Es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, die Antennen 20 in zwei oder mehr Reihen anzuordnen (nicht explizit dargestellt). Dadurch kann sich jedoch der Platzbedarf der Kommunikationseinheit 10 in senkrechter Richtung y erhöhen. Indem an jeder der Seitenwände 103 Antennen 20 angeordnet werden, wird es ermöglicht Signale in alle Richtungen auszusenden und aus allen Richtungen Signale zu empfangen. Die Kommunikation kann dadurch verbessert werden, da ein sich bewegendes Fahrzeug 30 grundsätzlich seine Position zu verfügbaren Sendemasten 40 verändert und diese in jeder Raumrichtung in Bezug auf das Fahrzeug 30 angeordnet sein können. Beispielsweise können an jeder von vier Seitenwänden jeweils mindestens zwei Antennen 20 angeordnet sein. Eine Anzahl von mehr als zwei Antennen 20 pro Seitenwand 103 ist jedoch ebenfalls möglich.
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Die Antennen 20 können beispielsweise bei der Herstellung des Gehäuses direkt in das Gehäusematerial eingegossen werden. Es ist dann nach der Herstellung des Gehäuses kein weiterer Schritt mehr erforderlich, in welchem die Antennen 20 an den Seitenwänden 103 des Gehäuses angebracht werden müssen. Dies ist jedoch optional. Grundsätzlich können die Antennen 20 auch innen oder außen an einem fertigen Gehäuse angebracht werden, was jedoch einen zusätzlichen Arbeitsschritt erfordert. Die Antennenschaltung im Inneren des Gehäuses weist meistens wenigstens eine Leiterplatte auf. Eine elektrische Verbindung zwischen der Antennenschaltung und den einzelnen Antennen 20 kann beispielsweise mittels Leiterbahnen auf der wenigstens einen Leiterplatte, also Kabellos, implementiert werden. In den Seitenwänden 103 können entsprechende Öffnungen vorgesehen sein, um eine Verbindung zwischen den Antennen 20 und der Leiterplatte zu ermöglichen. Gemäß einem weiteren Beispiel können die Antennen 20 auch direkt auf der wenigstens einen Leiterplatte angeordnet sein.
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Wie in 3 in größerem Detail dargestellt, können ein oder mehrere Kommunikationseinheiten 10 im Bereich des Fahrzeugdaches angeordnet sein. Die Kommunikationseinheiten 10 können beispielsweise nebeneinander in einer Ebene angeordnet sein, wobei die Ebene im Wesentlichen parallel zu einer Fahrbahn verläuft, auf der sich das Fahrzeug bewegt. Die Kommunikationseinheiten 10 können dabei, wie in 4 beispielhaft dargestellt, von einer Abdeckung 310 bedeckt werden, damit die Kommunikationseinheiten 10 das äußere Erscheinungsbild des Fahrzeugs 30 nicht beeinträchtigen. Die Abdeckung 310 kann beispielsweise aus Kunststoff oder Glas bestehen. Die Abdeckung 310 ist dabei durchlässig für die gesendeten und empfangenen (Millimeter-)Wellen. So wird die Kommunikation nicht durch die Abdeckung 310 beeinträchtigt.
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Die Antennen 20 seitlich an einem Gehäuse der Kommunikationseinheit 10 anzuordnen ist jedoch lediglich ein Beispiel. Gemäß einem anderen, in 5 schematisch dargestellten Beispiel, ist es alternativ auch möglich, die Antennen 20 entfernt von der Kommunikationseinheit 10 im Bereich des Fahrzeugdaches anzuordnen. Die Antennen 20 werden dabei auch, wie in dem in Bezug auf die 1 bis 4 erläuterten Beispiel, senkrecht oder in einem Winkel von 90° ± 20° oder 90° ± 30° angeordnet, so dass die Hauptabstrahlrichtung der Antennen 20, wie bei dem oben erläuterten Beispiel, im Wesentlichen parallel zu der Fahrbahn in Richtung des Horizonts ausgerichtet werden kann. Die Antennen 20 können beispielsweise an senkrechten oder leicht schräg ausgerichteten Oberflächen des Fahrzeugs 30 angeordnet sein, anstatt an den senkrecht oder leicht schräg angeordneten Seitenwänden 103 der Kommunikationseinheit 10. Senkrechte oder leicht schräg ausgerichteten Oberflächen des Fahrzeugs 30 sind dabei solche Oberflächen, welche im Wesentlichen senkrecht oder in einem Winkel von 90° ± 20° oder 90° ± 30° zu der Fahrbahn angeordnet sind. Die wenigstens eine Kommunikationseinheit 10 kann auch in diesem Beispiel die erforderliche Elektronik (Antennenschaltung) in einem entsprechenden Gehäuse aufweisen. Die Kommunikationseinheit 10 kann auch in dem Beispiel aus 5 im Bereich des Fahrzeugdaches angeordnet sein. Da die Kommunikationseinheit 10 in diesem Beispiel jedoch lediglich die Elektronik aufweist, und die Antennen 20 selbst entfernt von der Kommunikationseinheit 10 angeordnet sind, ist eine Anordnung der Kommunikationseinheit 10 im Bereich des Fahrzeugdaches nicht zwingend erforderlich. Die Kommunikationseinheit 10 kann auch an anderen geeigneten Stellen im Fahrzeug 30 angeordnet sein. Mit den entfernt angeordneten Antennen 20 kann die Kommunikationseinheit 10 auf geeignete Art und Weise (z.B. drahtgebunden) verbunden sein. Das generelle Prinzip der in 5 dargestellten Anordnung entspricht dem anhand von 2 bereits erläuterten Prinzip.
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Das heißt, auch in dem in 5 dargestellten Beispiel bilden die Antennen 20 Antennen-Arrays um eine Strahlformung (Beamforming) zu ermöglichen. Der mit den Antennen 20 geformte Strahl ist wie bei dem oben beschriebenen Beispiel im Wesentlichen parallel zum Untergrund oder nur in einem kleinen Winkel α (z.B. zwischen 0° und 45°) in Bezug auf den Untergrund (bzw. den Horizont) ausgerichtet.
