DE19750047A1 - Gerichtetes Nahbereichs-Kommunikationsverfahren (DSRC) und Transponder hierfür - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein gerichtetes Nahbereichs-Kommunika­ tionsverfahren (DSRC) sowie einen Transponder hierfür, mit den weiteren Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 1 bzw. 5.

Für verschiedene Anwendungsfälle sind unterschiedliche gerichte­ te Nahbereichs-Kommunikationsverfahren bekannt. Zu diesen Anwen­ dungsfällen gehören beispielsweise eine elektronische Zugangs­ kontrolle für Fahrzeuge oder Personen, das elektronische Abrech­ nen von Wegegebühren, beispielsweise zum automatisierten Abrech­ nen von Maut-Gebühren für die Benutzung von Autobahnen oder Tun­ nels, oder das Übermitteln von Verkehrsinformationen an fahrende Kraftfahrzeuge. Diese Nahbereichs-Kommunikationsverfahren werden allgemein mit der Abkürzung DSRC bezeichnet, nach der englischen Bezeichnung "Dedicated Short Range Communication". Allen diesen Verfahren ist gemeinsam, daß fest installierte Baken über Ra­ diowellen Informationen zu einer als Transponder ausgeführten bordeigenen Einheit (OBU = on-board-unit) übermitteln können (Downlink). Zum Übermitteln von Informationen vom jeweiligen Fahrzeug o.a. zu der Bake, beispielsweise angeordnet oberhalb einer Mautstelle o. ä., sendet die Bake einen unmodulierten Trä­ ger, der vom Transponder empfangen und mit einem Nachrichtensi­ gnal moduliert wieder zurückgesendet wird. Für Kraftfahrzeug- Applikationen, beispielsweise für die automatische Abrechnung von Autobahngebühren o.a. werden insbesondere Systeme mit Wel­ lenlängen im ISM-Band verwendet. Insbesondere das Unterband von 5,795 bis 5,805 GHz mit zwei 5 MHz breiten Kanälen und einer Trägerwelle von 5,8 GHz ist für Verkehrstelematikanwendungen vorgesehen.

Für eine massenweise Anwendung, insbesondere in Kraftfahrzeugen, ist es notwendig, daß die bordeigenen Einheiten (OBU's) einfach, leicht und billig konstruiert sind, so daß die Anschaffungs- und Betriebskosten für ein solches Gerät gering sind. Die notwendige Infrastruktur soll auf die Baken konzentriert werden.

Bei sehr einfachen bordeigenen Einheiten in Form von Transpon­ dern, ist die Leistung der Seitenbandsignale der vom Transponder zurückgesendeten, modulierten Welle naturgemäß abhängig von der Leistungsdichte, die die von der Bake kommende Trägerwelle am Ort des Transponders besitzt.

Fig. 1 und 2 zeigen in schematisierter Darstellung ein an eine Funkbake 10 heranrollendes Kraftfahrzeug 12. Beispielsweise im Bereich des Innenrückspiegels ist eine nicht näher darge­ stellte OBU, d. h. ein bordeigener Transponder 14, angeordnet.

Beim sogenannten "Downlink", d. h. dem Übermitteln von Informa­ tionen von der Funkbake 10 zum Kraftfahrzeug 12 bzw. Transponder 14 wird eine modulierte Trägerwelle 16, beispielsweise der Fre­ quenz 5,8 GHz, verwendet.

Fig. 2 zeigt schematisch den sogenannten "Uplink", d. h. das Übermitteln von Informationen vom Kfz 12 zur Funkbake 10. Der von der Funkbake ausgesendete unmodulierte 5,8 GHz-Träger wird im Transponder 14 mit einem Nachrichtensignal moduliert, so daß die reflektierte bzw. zurückgesandte, modulierte Trägerwelle 18 die notwendigen Informationen, beispielsweise zur Fahrzeugiden­ tifizierung o. ä. zur Bake 10 überträgt.

In bestimmten Ausnahmesituationen kann der Abstand zwischen Transponder 14 und Bake 10 so klein sein, daß es zu zu hohen, störenden Leistungspegeln der Uplinksignale aufgrund einer zu hohen Leistungsdichte des unmodulierten Trägers am Ort des Transponders kommt. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn ein Transponder an einem höheren Fahrzeug, beispielsweise einem Lkw, in ungünstiger Position angebracht ist.

Aus dem Stand der Technik sind Lösungen bekannt, wie beispielsweise die sogenannte automatische Empfangsstärkensteuerung, bekannt unter dem Akronym "AGC" (Automatic Gain Control). Der Nachteil einer solchen bekannten Schaltung zur Vergleichmäßigung der Stärke eines empfangenen Signals, wie es beispielsweise in hochwertigen Rundfunkempfängern eingesetzt wird, ist darin zu sehen, daß der Bauaufwand und damit die Herstellungskosten zu hoch sind. Eine AGC-Schaltung läuft daher der Zielsetzung zuwi­ der, ein möglichst einfaches und preisgünstiges, massenweise einsetzbares Gerät als Transponder zur Verfügung zu haben.

Weiterhin sind aus dem Stand der Technik sogenannte Limiter- Dioden bekannt, bei denen sich jedoch nachteilige Oberwellen bilden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungs­ gemäßes Verfahren so zu verbessern, daß auch bei ungünstigen räumlichen Konstellationen von Bake und Transponder zu hohe Uplinkpegel vermieden werden und die für das Verfahren vorzuse­ henden Transponder sich durch einen einfachen Aufbau und demge­ mäß niedrige Gestehungskosten auszeichnen.

Die Lösung der Aufgabe ist bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß

• - in einem Schritt der Leistungspegel des empfangenen, modu­ lierten Signales gemessen und in Abhängigkeit von Über- oder Unterschreiten eines Schwellwertes
• - die rückgesendete Trägerwelle mit einer in Abhängigkeit von dem gemessenen Leistungspegel bestimmten Modulationstiefe, die stufenweise gewählt werden kann, moduliert wird.

Bei einem gattungsgemäßen Transponder ist die Lösung erfindungs­ gemäß gekennzeichnet durch Mittel zum stufenweisen Einstellen des Modulationsgrades.

Bevorzugt ist insbesondere vorgesehen, daß die Empfangseinheit einen Schwellwertgeber (3) aufweist, der bei Überschreiten eines Schwellwertes für die empfangene, gegebenenfalls modulierte, Trägerwelle ein Steuersignal zum Einstellen des Modulationsgra­ des generiert.

Um einen besonders billigen und einfachen Aufbau zu ermöglichen, der beispielsweise für Anwendungen in Kraftfahrzeugen zur auto­ matischen Mautberechnung ausreicht, ist erfindungsgemäß bevor­ zugt insbesondere vorgesehen, daß der Modulator genau zwei ver­ schiedene, voreingestellte Modulationsgrade aufweist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung näher dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 - eine schematische Darstellung eines mit einer OBU ausgerüsteten, an eine Bake sich annähernden Kraftfahrzeuges während der Downlink-Phase,

Fig. 2 - das Kraftfahrzeug gemäß Fig. 1 während der Uplink-Phase,

Fig. 3 - eine schematische Darstellung eines erfindungs­ gemäßen Transponders, und

Fig. 4 - eine schematische Darstellung verschiedener Modu­ lationsgrade.

Fig. 1 und 2 sind bereits in der Beschreibungseinleitung erläutert worden.

Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Transponder 1 mit Mitteln zur Leistungsbegrenzung der Seitenbandsignale am Sendeausgang A5.

Der Transponder 1 weist ein Empfangsteil 2 mit einem Schwell­ wertgeber 3 auf, sowie weiter einen Modulator 4 und erfindungs­ gemäß eine Steuereinheit 5.

Der Empfänger 2 besitzt einen Eingang E1 für ein moduliertes Signal S1 (Bezugszeichen 16 in Fig. 1) und einen Ausgang A2 für ein entsprechendes demoduliertes Signal S2. Die im Signal S2 enthaltenen Informationen, beispielsweise die Kennung einer Bake o. ä. können in einem nicht dargestellten Mikroprozessor weiter verarbeitet werden.

Weiterhin besitzt der Empfänger 2 einen oder mehrere Ausgänge A3_i (i = 1 . . . bis I). Diese Ausgänge dienen zur Übermittlung von Steuersignalen S3_i des integrierten Schwellwertgebers 3, die signalisieren, ob das Signal S1 bestimmte Leistungspegel über- oder unterschreitet.

So kann der Schwellwertgeber 3 als einfacher Schmitt-Trigger ausgebildet sein, d. h. es wird lediglich das Überschreiten eines Schwellwertes erfaßt, gleichbedeutend mit einem zu geringen Abstand (vgl. Fig. 2) von OBU 14 bzw. Transponder 1 von Bake/Sender 10.

Der Modulator 4 besitzt einen Eingang E4 für ein unmoduliertes Trägersignal S4 (5,8 GHz-Träger in Fig. 2) und einen Ausgang A5 für ein moduliertes Signal S5, mit Hilfe dessen während der Uplink-Phase Informationen vom Kfz 12 zur Bake 10 (Fig. 2) übertragen werden.

Gegebenenfalls können die beiden Signale S4 und S5 an einem Tor anliegen. Weiterhin besitzt der Modulator einen Eingang E6 für ein Modulationssignal S6, das beispielsweise von einem nicht dargestellten Mikroprozessor generiert werden kann und bei­ spielsweise die Kennung des Kraftfahrzeuges 12, ein Guthaben in Verrechnungseinheiten o. ä. signalisieren bzw. darstellen kann.

Der Modulator kann in verschiedenen Stufen auf jeweils einen anderen Modulationsgrad eingestellt werden. Zur Einstellung sind entweder ein oder mehrere Eingänge E7_j (j = 1 . . . J) vorgesehen. Die Leistung des modulierten Ausgangssignals S5 ist (in spezifi­ zierten Grenzen) proportional zur Leistung des Trägersignals S4. Eine Modulation des Trägers S4 findet nur statt, wenn das Modu­ lationssignal S6 vorhanden ist.

Das Steuerungsteil 5 verarbeitet die Signale S3_i und S7_j.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Differenz der Leistungs­ pegel (in dBm) der Signale 51 (vom Empfangsteil 2 empfangene, modulierte Trägerwelle) und S4 (vom Modulator 4 empfangene, unmodulierte Trägerwelle) innerhalb bestimmter Toleranzen gehal­ ten wird. Da zum Zeitpunkt der Entscheidung über den zu wählen­ den Modulationsgrad, nämlich dann, wenn die Steuerung eine Schwellwert/Über- oder Unterschreitung registriert, aufgrund des sich bewegenden Fahrzeuges der genaue Leistungspegel des Signals S4 nicht genau bekannt ist, setzt das erfindungsgemäße Verfahren zur Leistungsbegrenzung der Seitenbandsignale im modulierten Signal S5 an Modulatorausgang A5 strenggenommen voraus, daß die Differenz der Leistungspegel des Signals S1 zum Zeitpunkt (a) "Steuerung registriert Schwellwertüber/-unterschreitung" und des Signals S4 im Zeitinterval (b) "Trägersignal S4 wird mit Modulationssignal S6 moduliert" in einem bestimmten bekannten Toleranzbereich liegt bzw. aller Voraussicht nach liegen wird.

Übersteigt das empfangene Signal S1, ermittelt durch den Schwellwertgeber 3, einen bestimmten Schwellwert, so wird über die Steuerung 5 mittels eines Steuersignals S7_j ein Modulations­ grad des Modulators 4 dergestalt gewählt, daß die Leistung in den Seitenbändern des modulierten Signals S5 einen vorgegebenen Grenzwert gerade nicht überschreitet, bzw. trotz eventueller weiterer Annäherung des Fahrzeugs an die Bake, und damit u. U. Erhöhung des Leistungspegels des Signals S4, voraussichtlich nicht überschreiten wird.

Fig. 4 verdeutlicht die mögliche Reduzierung der Seitenbandlei­ stung durch Wahl verschiedener Modulationsgrade m.

Die Begrenzung in Stufen, im einfachsten Fall zwei verschiedene Modulationstiefen, im Gegensatz zu einer kontinuierlichen Rege­ lung, ist sehr viel einfacher und kostengünstiger zu realisieren und eignet sich daher insbesondere für billige Massenprodukte, wie Transponder für die geschilderten Kfz-typischen Anwendungen.

Claims (6)

1. Transponder (1), insbesondere für den Datenaustausch im Nahbereich unter Verwendung von Trägerwellen im mittleren Mikrowellenbereich (DSRC), insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen als bordeigene Einheit (OBU), mit einer Empfangseinheit (2) und einem Modulator (4) zur Modulation einer empfangenen Trägerwelle (S4) mit einem Modulations­ signal (S6), gekennzeichnet durch Mittel zum stufenweisen Einstellen des Modulationsgrades.

2. Transponder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinheit (2) einen Schwellwertgeber (3) auf­ weist, der bei Überschreiten eines Schwellwertes für die empfangene, gegebenenfalls modulierte, Trägerwelle (16) ein Steuersignal zum Einstellen des Modulationsgrades gene­ riert.

3. Transponder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Modulator (4) genau zwei ver­ schiedene, voreingestellte Modulationsgrade aufweist.

4. Transponder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch ein Zeitglied zum Bestimmen einer Zeit­ konstanten, während derer der Modulator (4) in eine andere Modulationsstufe geschaltet wird.

5. Gerichtetes Nahbereichs-Kommunikationsverfahren (DSRC), bei dem von einer stationären Bake (10) Signale zu einer mobi­ len Einheit (OBU) (14) in Form eines Transponders (1) unter Verwendung einer modulierten Trägerwelle (16), vorzugsweise im GHz-Bereich, gesandt werden, und Signale von dem Trans­ ponder (14; 1) zur Bake (10) rückübermittelt werden, indem ein von der Bake gesendeter, unmodulierter Träger (17) empfangen, moduliert und zurückgesendet wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß

• - in einem ersten Schritt der Leistungspegel des empfan­ genen, modulierten Signales (16) gemessen und in Ab­ hängigkeit von Über- oder Unterschreiten eines Schwellwertes
• - in einem nächsten Schritt die zurückzusendende Welle (17) mit einer in Abhängigkeit von dem gemessenen Leistungspegel bestimmten Modulationstiefe, die stu­ fenweise gewählt werden kann, moduliert (18) wird.

6. Gerichtetes Nahbereichs-Kommunikationsverfahren (DSRC), bei dem von einer stationären Bake (10) Signale zu einer mobi­ len Einheit (OBU) (14) in Form eines Transponders (1) unter Verwendung einer modulierten Trägerwelle (16), vorzugsweise im GHz-Bereich, gesandt werden, und Signale von dem Trans­ ponder (14; 1) zur Bake (10) rückübermittelt werden, indem ein von der Bake gesendeter, unmodulierter Träger (17) empfangen, moduliert und zurückgesendet wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß

• - in einem ersten Schritt die Steuerung (5) eine Schwellwertüber- bzw. -unterschreitung (in Abhängig­ keit des empfangenen modulierten Signals (16; 51)) registriert und gespeichert wird, um
• - in einem nächsten Schritt den Modulationsgrad des Modulators (4) über geeignete Mittel, z. B. Steuersi­ gnale (S7_j), in Abhängigkeit der im ersten Schritt registrierten/gespeicherten Information einzustellen.