EP3491409A1 - Verfahren zum bestimmen einer empfangsrichtung eines funksignals - Google Patents

Verfahren zum bestimmen einer empfangsrichtung eines funksignals

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EP3491409A1
EP3491409A1 EP17811192.8A EP17811192A EP3491409A1 EP 3491409 A1 EP3491409 A1 EP 3491409A1 EP 17811192 A EP17811192 A EP 17811192A EP 3491409 A1 EP3491409 A1 EP 3491409A1
Authority
EP
European Patent Office
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receiving
characteristic
antenna
radio signal
signal
Prior art date
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Ceased
Application number
EP17811192.8A
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English (en)
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Inventor
Sebastian Strunck
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Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Continental Teves AG and Co OHG
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Filing date
Publication date
Application filed by Continental Teves AG and Co OHG filed Critical Continental Teves AG and Co OHG
Publication of EP3491409A1 publication Critical patent/EP3491409A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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    • G01S3/32—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived simultaneously from receiving antennas or antenna systems having differently-oriented directivity characteristics derived from different combinations of signals from separate antennas, e.g. comparing sum with difference
    • G01S3/34—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived simultaneously from receiving antennas or antenna systems having differently-oriented directivity characteristics derived from different combinations of signals from separate antennas, e.g. comparing sum with difference the separate antennas comprising one directional antenna and one non-directional antenna, e.g. combination of loop and open antennas producing a reversed cardioid directivity characteristic
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Definitions

  • the invention relates to a method for determining a reception direction of a radio signal.
  • the determination of a position of a vehicle is essential for automatic navigation.
  • the determination of the position using satellite navigation systems such as GPS is typically only capable of positioning a vehicle at about seven meters without any additional aids. For modern applications such as lane departure, this is typically not sufficient.
  • An improvement of the position determination can be achieved by using different aids such as differential GPS.
  • This approach uses fixed GPS receivers whose position is known. This calculates correction values that are based on a difference between the measured and the actual position and are forwarded to mobile GPS subscribers.
  • the invention relates to a method for determining a reception direction of a radio signal, comprising the following steps:
  • a reception direction which can be determined independently of positions contained in messages or otherwise determined via satellite navigation or other navigation techniques. This allows a vehicle or other vehicle-to-X subscriber performing the method to independently determine the direction of another vehicle. generating X-to-subscriber to make, which can be more accurate especially at short distances between the subscribers as a direction which is based on rather imprecise Satellitennavigati ⁇ onschal.
  • the method is not limited to use in the context of vehicle-to-X communication, but may be generally used to determine a receive direction of a radio signal.
  • a received signal is typically the signal which is in an electrical conductor or other connection after being received by the respective antenna, and which can be evaluated by suitable electrical or electronic circuits.
  • the reception direction can in particular be determined two-dimensionally on the earth's surface. In this case, for example, a longitudinal axis of a vehicle or a direction of travel serve as a reference. Other references are also possible.
  • the first antenna has an omnidirectional characteristic as the receiving characteristic. This allows a direction-independent determination of the strength of a radio signal.
  • the second antenna has a directional characteristic as a received signal. This is particularly advantageous in conjunction with an omnidirectional characteristic as the receiving characteristic of the first antenna. In particular, if two different reception characteristics of the two Tennen be used, a suitable calculation of a determination of the receive direction is possible.
  • the receive direction is determined based on respective powers of the first receive signal and the second receive signal. Examples of such a calculation will be given below.
  • the direction of arrival is determined with an uncertainty with regard to a limited number of transformations, in particular reflections and / or rotations.
  • This may in particular mean that, for example, an angle relative to a reference axis is determined, but that it can not be determined whether the angle has a positive or negative sign in a two-dimensional coordinate system on the earth's surface.
  • it can be determined that a signal comes from the front, but not from the left or right. This may be the case in particular when using only two antennas.
  • the determination of a direction of arrival is spoken, even if it is subject to such an uncertainty.
  • the method further comprises the following step:
  • the receiving direction is also determined based on the third received signal.
  • the third reception characteristic preferably corresponds to the second reception characteristic rotated about a vertical axis.
  • the method further comprises the following step:
  • the receiving direction is also determined based on the fourth received signal.
  • This receiving characteristic preferably corresponds to the second receiving characteristic rotated about a vertical axis.
  • the second, third and fourth reception ⁇ characteristic can correspond to each other such that they emanate from a common point and each rotated by 120 ° to each other. This can improve accuracy and optimize the reduction of uncertainty to all sides.
  • the receive direction is determined unambiguously and / or without uncertainty. This is typically possible from the use of three antennas, more preferably when using four or even five antennas. The above-mentioned uncertainty regarding rotations, reflections or other transformations can thus advantageously avoided so that it can be determined exactly from which direction a radio signal comes.
  • the respective reception characteristics can be implemented, for example, in each case formulaically and / or numerically. This allows a simple calculation of the receive direction.
  • a distance of a source emitting the radio signal is determined based on a power of at least one of the received signals, in particular of the first received signal.
  • a power for calculating the distance can be determined, in particular, by means of an antenna which has an omnidirectional characteristic, since in the pure determination of the power it is precisely not the direction that counts.
  • a distance of the transmitting unit can be determined, so that, for example, a collision risk can be determined in a further processing in the context of vehicle-to-X communication or other driving safety techniques.
  • the method is carried out by means of at least a first radio signal and a second radio signal, wherein a change in a distance of the radio signals emitting source based on associated received signals, in particular first received signals is determined, in particular based on a free space attenuation.
  • a relative speed of the receiving station and the transmitting station to each other can be determined, which can give, for example, indications of a possible imminent collision.
  • the receiving direction can also be determined based on a position information contained in the radio signal.
  • a position information contained in the radio signal may for example be based on Satellitenna ⁇ vigation.
  • a distance or range change is determined at least partially based on a phase angle of at least a first radio signal and a second radio signal. Therefore the phases of radio ⁇ signals can be exploited, which is also a significant increase in the accuracy of distance measurement of distance or can change measurement mean, because the wavelengths used are typically relatively short.
  • the antennas can be particularly vertically superimposed ⁇ arranged. This can typically be dispensed with the taking out of effects, which result solely from the different distance of the antennas.
  • an omnidirectional antenna and one or more directional antennas are used to receive radio signals for carrying out a method according to Invention ⁇ .
  • a radio signal may in particular be a vehicle-to-X message or a vehicle-to-X signal.
  • An omnidirectional alone can already detect a change in the signal level and thus indicate a possible change in the distance of the transmitter.
  • This information can be used, for example 0
  • Such distance change information together with the positioning data can lead via time averaging to obtain exact knowledge of the radio channel, so that the absolute distance on the received power can be determined.
  • CAM Cooperative Awareness Message
  • Directional antennas are also used to determine the direction of the transmitter in conjunction with the received power of a round radiator.
  • the directional characteristic of one or more directional antennas it is thus possible to determine a distance vector from the receiving antenna of the own vehicle.
  • the difference in the reception power typically related to the omnidirectional antenna, is set in relation to the known reception characteristics. With only one directional antenna, however, there is typically no uniqueness.
  • a change in the total power level which is a measure of the range change, can be calculated using free space damping. This can be done by the formula
  • the accuracy of the positioning of other objects can be improved.
  • a system for distance detection for example, the radar, which can measure very accurate distances.
  • this is a separate system, which also allows no evaluation of the communication data, since it is not necessarily clear whether one of the objects detected by the radar belongs to a vehicle-to-X message. Nevertheless, information obtained by radar may be combined or fused with the information obtained by the method described herein.
  • the invention further relates to a system which is configured to carry out a method according to the invention.
  • a system may in particular have a corresponding plurality of antennas and an electronic control device which is configured to carry out the method according to the invention.
  • the electronic control ⁇ device can for this purpose have, for example, processor means and storage means, wherein in the storage means program code is stored, wherein the execution of the process- sorstoff perform an inventive method.
  • Hin ⁇ clearly the method of the invention can thereby be made of all the described embodiments and variations.
  • the invention further relates to a non-volatile com ⁇ computer readable storage medium on which program code is stored ge ⁇ upon whose execution a processor to execute a method of the invention.
  • program code is stored ge ⁇ upon whose execution a processor to execute a method of the invention.
  • Fig. 1 shows directivity characteristics of an omnidirectional antenna and a directional antenna. It is easy to see that the omnidirectional antenna has a uniform reception characteristic on all sides. The directional antenna, however, has a receiving characteristic, which has three bumps. The difference between the two reception ⁇ characteristics can be used to determine the direction of reception of a signal, even if they receive direction may still be a degree of uncertainty.
  • Fig. 2 shows an arrangement with a total of four directional antennas and an omnidirectional, in turn, the respective reception characteristics are plotted. The directional antennas each have the same receiving characteristic as the directional antenna already shown in Fig. 1. By superposing the reception characteristics of the directional antennas, it is possible to determine the reception direction of a radio signal without uncertainty and with high accuracy.
  • FIG. 1 shows directivity characteristics of an omnidirectional antenna and a directional antenna. It is easy to see that the omnidirectional antenna has a uniform reception characteristic on all sides. The directional antenna, however, has a receiving characteristic, which has three bumps.
  • FIG. 3 shows reception characteristics of an omnidirectional antenna and a directional antenna, which are different from those whose reception characteristics are shown in FIGS. 1 and 2.
  • directional antenna 1 In the receiving characteristic shown in Fig. 3, which is denoted there by "directional antenna 1", it is not a receiving characteristic with three bumps, but with a one-sided continuous expression of the receiving characteristic.
  • Fig. 4 reception characteristics shows an omnidirectional antenna and three directional antennas, labeled "Directional Antenna 1", “directional ⁇ antenna 2" and “directional antenna 3" are referred to, wherein the receiving characteristics of the directional antennas are identical to that which is shown in Fig. 4 This also makes it possible to make an accurate determination of a reception direction of a radio signal without uncertainty or ambiguity.
  • Fig. 5 shows schematically an arrangement for carrying out an embodiment of the method according to the invention.
  • a vehicle 10 is shown only schematically, which has a total of four antennas, namely a first antenna 21, a second antenna 22, a third antenna 23 and a fourth antenna 24th
  • the first antenna 21 is formed as a vertical dipole, so that it has an omnidirectional radiation pattern as the reception saddle ⁇ rakterizing in the horizontal plane.
  • the second, third and fourth antennas 22, 23, 24 are formed as horizontal dipoles which are respectively rotated by 120 ° with each other so as to have reception characteristics similar to those shown in FIG. This can be done in principle an accurate determination of a receive direction of a radio signal.
  • a transmitter 30, which may be, for example, a mobile phone.
  • the transmitter 30 transmits a radio signal 40, which is received by the antennas 21, 22, 23, 24 of the vehicle 10.
  • a radio signal 40 which is received by the antennas 21, 22, 23, 24 of the vehicle 10.
  • the following is an example calculation with a directional antenna and an omnidirectional antenna for determining the direction of reception, which is based on the arrangement shown in FIG. 5 and the diagram of reception characteristics shown in FIG.
  • the directional characteristic of such a directional antenna corresponds approximately to that of a patch antenna.
  • the assumed Richtcharakte ⁇ rizing of the omnidirectional antenna is similar to the Richtcharak ⁇ terumbling a dipole or monopole.
  • the radio signal 40 may also come from left or right with respect to a center axis of the directional antenna without being distinguishable. By appropriate calculations using the other antennas, this uncertainty can be resolved, so that a clear determinability of the receive direction is given.
  • steps of the method according to the invention can be carried out in the order given. However, they can also be executed in a different order. In one of its embodiments, for example with a specific set of steps, the method according to the invention can be carried out in such a way that no further steps are carried out. However, in principle also further steps can be carried out, even those which are not mentioned.
  • vehicle-to-X communication in particular means direct communication between vehicles and / or between vehicles and infrastructure facilities.
  • vehicle-to-vehicle communication or vehicle-to-infrastructure communication.
  • vehicle-to-X communication may be performed using the IEEE 802.11p or IEEE 1609.4 standards.
  • a vehicle-to-X communication can also be referred to as C2X communication.
  • the subareas can be referred to as C2C (Car-to-Car) or C2I (Car-to-Infrastructure).
  • C2C Car-to-Car
  • C2I Car-to-Infrastructure
  • he ⁇ invention includes vehicle-to-X communication with accommodation for example, via a mobile network explicitly not.
  • the claims belonging to the application do not constitute a waiver of the achievement of further protection.

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Abstract

Verfahren zum Bestimmen einer Empfangsrichtung eines Funksignals Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Empfangsrichtung eines Funksignals, wobei mehrere Antennen mit unterschiedlichen Richtcharakteristika verwendet werden.

Description

Verfahren zum Bestimmen einer Empfangsrichtung eines Funksignals
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Empfangsrichtung eines Funksignals.
Die Bestimmung einer Position eines Fahrzeugs ist essenziell für die automatische Navigation. Die Bestimmung der Position mithilfe von Satellitennavigationssystemen wie beispielsweise GPS ist - ohne weitere Hilfsmittel - typischerweise lediglich dazu in der Lage, ein Fahrzeug auf etwa sieben Meter genau zu positionieren. Für moderne Anwendungen wie beispielsweise eine Fahrspurbestimmung ist dies typischerweise nicht ausreichend.
Eine Verbesserung der Positionsbestimmung kann mithilfe un- terschiedlicher Hilfsmittel wie beispielsweise Differenzial-GPS erreicht werden. Bei dieser Vorgehensweise werden feste GPS-Empfänger verwendet, deren Position bekannt ist. Damit werden Korrekturwerte berechnet, welche auf einer Differenz zwischen gemessener und tatsächlicher Position basieren und an mobile GPS-Teilnehmer weitergeleitet werden.
Im Rahmen der zukünftig einzuführenden Fahrzeug-zu-X-Kommuni- kation sollen bestenfalls alle Fahrzeuge und auch Fußgänger als Teilnehmer eines Fahrzeug-zu-X-Kommunikationsverbunds agieren. Dafür sollen alle Teilnehmer typischerweise regelmäßig soge¬ nannte Cooperative Awareness Messages (CAM) aussenden. Diese beinhalten typischerweise neben einer temporären Identifikation auch Positions-, Richtungs- und Geschwindigkeitsinformationen. Auch wenn derartige Nachrichten bereits Informationen über eine Position eines jeweiligen Fahrzeug- zu-X-Teilnehmers beinhalten, ist es trotzdem wünschenswert, eine genauere Angabe zur Richtung und eventuell auch zum Abstand eines sendenden Teilnehmers zu haben, als dies basierend auf den mittels Satellitennavigation möglichen Genauigkeiten erreichbar ist. Dies gilt insbesondere bei kurzen Abständen.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen vorzusehen, mittels welchen derartige Informationen erhalten werden können.
Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Be¬ schreibung gemacht.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Empfangsrichtung eines Funksignals, welches folgende Schritte aufweist:
Empfangen des Funksignals mittels einer ersten Antenne mit einer ersten Empfangscharakteristik und dabei Erzeugen eines ersten Empfangssignals,
Empfangen des Funksignals mittels einer zweiten Antenne mit einer zweiten Empfangscharakteristik und dabei Erzeugen eines zweiten Empfangssignals, wobei die zweite Empfangscharakte¬ ristik unterschiedlich zur ersten Empfangscharakteristik ist, und
Ermitteln der Empfangsrichtung basierend auf dem ersten Empfangssignal und dem zweiten Empfangssignal.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es auf einfache Weise möglich, eine Empfangsrichtung zu berechnen, welche unabhängig von Positionen ermittelt werden kann, die in Nachrichten enthalten oder auf sonstige Weise über Satellitennavigation oder andere Navigationstechniken bestimmt werden. Dies erlaubt es einem Fahrzeug oder einem anderen Fahr- zeug-zu-X-Teilnehmer, welcher das Verfahren ausführt, eine eigenständige Bestimmung der Richtung eines anderen Fahr- zeug-zu-X-Teilnehmers vorzunehmen, welche insbesondere bei kurzen Abständen zwischen den Teilnehmern genauer sein kann als eine Richtung, welche auf eher ungenauen Satellitennavigati¬ onsdaten basiert.
Es sei jedoch verstanden, dass das Verfahren nicht auf die Verwendung im Rahmen der Fahrzeug-zu-X-Kommunikation eingeschränkt ist, sondern allgemein zur Bestimmung einer Empfangsrichtung eines Funksignals verwendet werden kann.
Es sei verstanden, dass es sich bei dem Funksignal typischerweise um dasjenige Signal handelt, welches sich in Form von elekt¬ romagnetischen Wellen durch den Raum ausbreitet. Bei einem Empfangssignal handelt es sich typischerweise um dasjenige Signal, welches sich in einem elektrischen Leiter oder einer sonstigen Verbindung nach dem Empfang durch die j eweilige Antenne befindet, und welches durch geeignete elektrische oder elektronische Schaltungen ausgewertet werden kann. Die Empfangsrichtung kann insbesondere zweidimensional auf der Erdoberfläche ermittelt werden. Dabei kann beispielsweise eine Längsachse eines Fahrzeugs oder eine Fahrtrichtung als Referenz dienen. Auch andere Referenzen sind jedoch möglich. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung hat die erste Antenne eine Rundstrahlcharakteristik als Empfangscharakteristik. Dies ermöglicht eine richtungsunabhängige Bestimmung der Stärke eines Funksignals . Gemäß einer vorteilhaften Ausführung hat die zweite Antenne eine Richtcharakteristik als Empfangssignal. Dies ist insbesondere vorteilhaft in Verbindung mit einer Rundstrahlcharakteristik als Empfangscharakteristik der ersten Antenne. Insbesondere wenn zwei unterschiedliche Empfangscharakteristika der beiden An- tennen verwendet werden, ist durch geeignete Berechnung eine Ermittlung der Empfangsrichtung möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird die Empfangsrichtung basierend auf jeweiligen Leistungen des ersten Empfangssignals und des zweiten Empfangssignals ermittelt. Beispiele für eine solche Berechnung werden weiter unten gegeben werden.
Gemäß einer Ausführung wird die Empfangsrichtung mit einer Unsicherheit hinsichtlich einer begrenzten Anzahl von Transformationen, insbesondere Spiegelungen und/oder Drehungen, ermittelt. Dies kann insbesondere bedeuten, dass beispielsweise ein Winkel relativ zu einer Referenzachse bestimmt wird, dass jedoch nicht bestimmt werden kann, ob in einem zweidimensionalen Koordinatensystem auf der Erdoberfläche der Winkel ein positives oder negatives Vorzeichen hat. So kann in diesem Fall beispielsweise zwar ermittelt werden, dass ein Signal von vorne seitlich kommt, aber nicht, ob es von links oder rechts kommt. Dies kann insbesondere bei der Verwendung von nur zwei Antennen der Fall sein. Auch in diesem Fall wird jedoch von der Ermittlung einer Empfangsrichtung gesprochen, auch wenn diese mit einer solchen Unsicherheit behaftet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist das Verfahren ferner folgenden Schritt auf:
Empfangen des Funksignals mittels einer dritten Antenne mit einer dritten Empfangscharakteristik und dabei Erzeugen eines dritten Empfangssignals,
wobei die Empfangsrichtung auch basierend auf dem dritten Empfangssignal ermittelt wird.
Durch die Verwendung einer dritten Antenne ist es typischerweise möglich, bei der Wahl geeigneter Empfangscharakteristika die Empfangsrichtung des Funksignals in einem zweidimensionalen Koordinatensystem ohne verbleibende Unsicherheit zu bestimmen.
Die dritte Empfangscharakteristik entspricht bevorzugt der zweiten Empfangscharakteristik gedreht um eine vertikale Achse.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist das Verfahren ferner folgenden Schritt auf:
Empfangen des Funksignals mittels einer vierten Antenne mit einer vierten Empfangscharakteristik und dabei Erzeugen eines vierten Empfangssignals,
wobei die Empfangsrichtung auch basierend auf dem vierten Empfangssignal ermittelt wird. Mittels der Verwendung einer vierten Antenne kann die Genauigkeit noch weiter verbessert und/oder die Unsicherheit noch weiter verringert werden.
Diese Empfangscharakteristik entspricht dabei bevorzugt der zweiten Empfangscharakteristik gedreht um eine vertikale Achse. Insbesondere können die zweite, dritte und vierte Empfangs¬ charakteristik sich einander derart entsprechen, dass sie von einem gemeinsamen Punkt ausgehen und jeweils um 120° zueinander gedreht sind. Damit kann die Genauigkeit verbessert und die Verringerung von Unsicherheit zu allen Seiten hin optimiert werden .
Bevorzugt wird dabei die Empfangsrichtung eindeutig und/oder ohne Unsicherheit ermittelt. Dies ist typischerweise ab der Verwendung von drei Antennen, besonders bevorzugt bei der Verwendung von vier oder auch fünf Antennen, möglich. Die weiter oben erwähnte Unsicherheit hinsichtlich Drehungen, Spiegelungen oder anderer Transformationen kann damit vorteilhaft vermieden werden, so dass genau ermittelt werden kann, aus welcher Richtung ein Funksignal kommt.
Es sei verstanden, dass auch noch mehr Antennen, beispielsweise eine fünfte Antenne, verwendet werden können. Die eben gegebenen Ausführungen gelten dafür entsprechend.
Die jeweiligen Empfangscharakteristika können beispielsweise jeweils formelmäßig und/oder numerisch implementiert sein. Dies erlaubt eine einfache Berechnung der Empfangsrichtung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird ferner ein Abstand einer das Funksignal aussendenden Quelle basierend auf einer Leistung zumindest eines der Empfangssignale, insbesondere des ersten Empfangssignals, ermittelt. Eine solche Leistung zum Berechnen des Abstands kann insbesondere mittels einer Antenne bestimmt werden, welche eine Rundstrahlcharakteristik hat, da es bei der reinen Bestimmung der Leistung gerade nicht auf die Richtung ankommt. Damit kann zusätzlich zur Empfangsrichtung auch ein Abstand der sendenden Einheit bestimmt werden, so dass bei einer Weiterverarbeitung im Rahmen der Fahrzeug-zu-X-Kommunikation oder anderer Fahrsicherheitstechniken beispielsweise eine Kollisionsgefahr ermittelt werden kann. Gemäß einer Weiterbildung wird das Verfahren mittels zumindest einem ersten Funksignal und einem zweiten Funksignal durchgeführt, wobei eine Änderung eines Abstands einer die Funksignale aussendenden Quelle basierend auf zugehörigen Empfangssignalen, insbesondere ersten Empfangssignalen, ermittelt wird, insbe- sondere basierend auf einer Freiraumdämpfung. Damit kann eine relative Geschwindigkeit der empfangenden Station und der sendenden Station zueinander bestimmt werden, was beispielsweise Hinweise auf eine mögliche bevorstehende Kollision geben kann. η
Die Empfangsrichtung kann ferner basierend auf einer in dem Funksignal enthaltenen Positionsangabe ermittelt werden. Eine solche Positionsangabe kann beispielsweise auf Satellitenna¬ vigation basieren. Dies ermöglicht die Kombination von zwei Vorgehensweisen zur Bestimmung der Empfangsrichtung, wobei beispielsweise auch eine mittels Satellitennavigation oder anderweitig bestimmte Position der empfangenden Einheit, welche typischerweise das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, be¬ rücksichtigt werden kann. Beispielsweise kann damit eine Plausibilisierung durchgeführt werden.
Gemäß einer Weiterbildung wird eine Entfernung oder Entfernungsänderung zumindest teilweise basierend auf einer Phasenlage von zumindest einem ersten Funksignal und einem zweiten Funksignal ermittelt. Damit können auch die Phasen der Funk¬ signale ausgenutzt werden, was auch eine deutliche Erhöhung der Genauigkeit einer Entfernungsmessung oder einer Entfernungs- änderungsmessung bedeuten kann, da die verwendeten Wellenlängen typischerweise verhältnismäßig kurz sind.
Die Antennen können insbesondere vertikal übereinander ange¬ ordnet sein. Damit kann auf das Herausrechnen von Effekten, welche sich allein aus der unterschiedlichen Entfernung der Antennen ergeben, typischerweise verzichtet werden.
Typischerweise werden für die Durchführung eines erfindungs¬ gemäßen Verfahrens ein Rundstrahler und eine oder mehrere gerichtete Antennen verwendet, um Funksignale zu empfangen. Bei einem solchen Funksignal kann es sich insbesondere um eine Fahrzeug-zu-X-Nachricht bzw. ein Fahrzeug-zu-X-Signal handeln.
Ein Rundstrahler alleine kann bereits eine Änderung des Signalpegels erkennen und somit eine mögliche Abstandsänderung des Senders anzeigen. Diese Information kann beispielsweise dazu 0
o verwendet werden, Positionierungsdaten aus einer Cooperative Awareness Message (CAM) zu unterstützen. Solche Abstandsän- derungsinformationen zusammen mit den Positionierungsdaten können über eine zeitliche Mittelung dazu führen, exakte Kenntnisse über den Funkkanal zu erlangen, so dass der absolute Abstand über die Empfangsleistung bestimmbar wird.
Richtantennen dienen weiterhin dazu, die Richtung des Senders in Verbindung mit der Empfangsleistung eines Rundstrahlers zu ermitteln. Durch die Richtcharakteristik einer oder mehrerer Richtantennen kann damit ein Abstandsvektor von der Empfangsantenne des eigenen Fahrzeugs ermittelt werden. Dafür wird der Unterschied der Empfangsleistung typischerweise bezogen auf den Rundstrahler in Beziehung mit den bekannten Empfangscha- rakteristika gesetzt. Mit nur einer Richtantenne ergibt sich jedoch typischerweise noch keine Eindeutigkeit.
Eine Änderung des Gesamtleistungspegels, welche ein Maß für die Entfernungsänderung ist, kann beispielsweise mithilfe einer Freiraumdämpfung berechnet werden. Diese kann anhand der Formel
F=( (4;ir) / (λ) )2 bestimmt werden, wobei r den Abstand zwischen Sender und Empfänger und λ die Wellenlänge des ausgesendeten Signals darstellt. Aus der Leistungsdifferenz zwischen zwei Nachrichten und der letzten angenommenen Entfernung lässt sich die potentielle neue Entfernung berechnen. Eine höhere Genauigkeit ist unter zusätzlicher Berücksichtigung der Phasenlagen zu erwarten. Unter Verwendung von vier oder mehr Richtantennen kann auch eine 360 ° -Abdeckung erreicht werden. Der Aufbau könnte beispielsweise als Dipol mit Rundstrahlcharakteristik und vier weiteren um 90° versetzten Patch-Antennen ausgeführt werden. Sollte der Rundstrahler keine gleichmäßig runde Richtcharakteristik in der Azimut-Ebene haben, kann über die Richtungserkennung mit Hilfe der Richtantenne der Ausgleich bestimmt werden.
Insbesondere kann mittels des hierin beschriebenen Vorgehens die Genauigkeit der Positionierung anderer Objekte verbessert werden. Es ergibt sich dabei insbesondere ein Vorteil insofern, als ein vorhandener Kommunikationskanal passiv mitgenutzt werden kann und die gemessenen Werte mit der empfangenen Nachricht abgeglichen werden können. Dazu kann es erforderlich sein, eine Erweiterung des Empfangspfads um eine oder mehrere Antennen und entsprechende Leistungsmesser vorzunehmen. Dieser kann als reiner Effektivleistungsmesser mithilfe von sogenannten Detektordioden realisiert werden. Ein System zur Abstandserkennung ist beispielsweise das Radar, welches sehr genaue Abstände messen kann. Dieses ist jedoch ein separates System, welches auch keine Auswertung der Kommunikationsdaten erlaubt, da nicht unbedingt klar ist, ob eines der vom Radar erkannten Objekte zu einer Fahrzeug-zu-X-Nachricht gehört. Trotzdem können Informationen, welche mittels Radar erhalten wurden, mit den durch das hierin beschriebene Verfahren erhaltenen Informationen kombiniert oder fusioniert werden. Das gleiche gilt für andere aktive Ortungsmethoden wie bei¬ spielsweise LiDAR, Ultraschall oder Kameraortung.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein System, welches dazu konfiguriert ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Ein solches System kann insbesondere eine entsprechende Mehrzahl von Antennen sowie eine elektronische Steuerungsvorrichtung, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens konfiguriert ist, aufweisen. Die elektronische Steuerungs¬ vorrichtung kann hierzu beispielsweise Prozessormittel und Speichermittel aufweisen, wobei in den Speichermitteln Programmcode gespeichert ist, bei dessen Ausführung die Prozes- sormittel ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführen. Hin¬ sichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dabei auf alle beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden .
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein nichtflüchtiges com¬ puterlesbares Speichermedium, auf welchem Programmcode ge¬ speichert ist, bei dessen Ausführung ein Prozessor ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt. Hinsichtlich des erfin- dungsgemäßen Verfahrens kann dabei auf alle beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden.
Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausfüh- rungsbeispiel entnehmen. Dabei zeigen:
Fig. 1: Empfangscharakteristika eines Rundstrahlers und einer Richtantenne,
Fig. 2: Empfangscharakteristika eines Rundstrahlers und vierer Richtantennen,
Fig. 3: Empfangscharakteristika eines Rundstrahlers und einer alternativen Richtantenne,
Fig. 4: Empfangscharakteristika eines Rundstrahlers und dreier Richtantennen,
Fig. 5: eine Anordnung, in welcher das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann.
Fig. 1 zeigt Richtcharakteristika eines Rundstrahlers und einer Richtantenne. Es ist gut zu erkennen, dass der Rundstrahler eine nach allen Seiten gleichmäßige Empfangscharakteristik hat. Die Richtantenne hingegen hat eine Empfangscharakteristik, welche drei Beulen aufweist. Der Unterschied der beiden Empfangs¬ charakteristika kann dazu verwendet werden, die Empfangsrichtung eines Signals zu bestimmen, auch wenn diese Empfangsrichtung noch mit einer Unsicherheit behaftet sein kann. Fig. 2 zeigt eine Anordnung mit insgesamt vier Richtantennen und einem Rundstrahler, wobei wiederum die jeweiligen Empfangs- charakteristika aufgetragen sind. Die Richtantennen haben dabei jeweils die gleiche Empfangscharakteristik wie die in Fig. 1 bereits dargestellte Richtantenne. Durch die Überlagerung der Empfangscharakteristika der Richtantennen ist es möglich, die Empfangsrichtung eines Funksignals ohne Unsicherheit und mit einer hohen Genauigkeit zu bestimmen. Fig. 3 zeigt Empfangscharakteristika eines Rundstrahlers und einer Richtantenne, welche anders ausgeführt ist als diejenigen, deren Empfangscharakteristika in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind. Bei der in Fig. 3 gezeigten Empfangscharakteristik, welche dort mit „Richtantenne 1" bezeichnet ist, handelt es sich nicht um eine Empfangscharakteristik mit drei Beulen, sondern mit einer einseitigen kontinuierlichen Ausprägung der Empfangscharakteristik.
Fig. 4 zeigt Empfangscharakteristika eines Rundstrahlers sowie von drei Richtantennen, welche mit „Richtantenne 1", „Richt¬ antenne 2" und „Richtantenne 3" bezeichnet sind, wobei die Empfangscharakteristika der Richtantennen identisch zu derjenigen sind, welche in Fig. 4 dargestellt ist. Auch damit kann eine genaue Bestimmung einer Empfangsrichtung eines Funksignals ohne Unsicherheit oder Mehrdeutigkeit vorgenommen werden.
Fig. 5 zeigt schematisch eine Anordnung zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei ist ein Fahrzeug 10 lediglich schematisch dargestellt, welches über insgesamt vier Antennen verfügt, nämlich eine erste Antenne 21, eine zweite Antenne 22, eine dritte Antenne 23 und eine vierte Antenne 24. Die erste Antenne 21 ist dabei als vertikaler Dipol ausgebildet, so dass sie eine Rundstrahlcharakteristik als Empfangscha¬ rakteristik in der horizontalen Ebene hat. Die zweite, dritte und vierte Antenne 22, 23, 24 sind dagegen als horizontale Dipole ausgebildet, welche jeweils um 120° zueinander verdreht sind, so dass sie Empfangscharakteristika ähnlich denjenigen haben, welche in Fig. 4 dargestellt sind. Damit kann grundsätzlich eine genaue Bestimmung einer Empfangsrichtung eines Funksignals erfolgen .
Lediglich schematisch dargestellt ist in Fig. 5 weiterhin ein Sender 30, bei welchem es sich beispielsweise um ein Mobiltelefon handeln kann. Der Sender 30 sendet ein Funksignal 40 aus, welches von den Antennen 21, 22, 23, 24 des Fahrzeugs 10 empfangen wird. Dadurch, dass das Funksignal 40 von den insgesamt vier Antennen 21, 22, 23, 24 mit unterschiedlicher Signalstärke empfangen wird und die Richtcharakteristika der vier Antennen 21, 22, 23, 24 bekannt sind, ist es möglich, die Empfangsrichtung des Funksignals 40 zu berechnen. Dies wird nachfolgend beispielhaft erläutert.
Nachfolgend wird eine Beispielrechnung mit einer Richtantenne und einem Rundstrahler zur Ermittlung der Empfangsrichtung gegeben, welche auf der in Fig. 5 gezeigten Anordnung und dem in Fig. 4 gezeigten Diagramm von Empfangscharakteristika basiert.
Dabei wird eine Empfangsleistung des Rundstrahlers von PRu=-50 dBm und einer Empfangsleistung der Richtantenne von PRI=-55 dBm angenommen.
Als Richtcharakteristik des Rundstrahlers wird folgende Formel angenommen :
RU (a) =0dB. Als Richtcharakteristik der Richtantennen wird folgende Formel angenommen :
DPA (O<) =101ogl0 (cos (a)2) .
Die Richtcharakteristik einer solchen Richtantenne entspricht in etwa der einer Patch-Antenne. Die angenommene Richtcharakte¬ ristik des Rundstrahlers entspricht in etwa der Richtcharak¬ teristik eines Dipols bzw. Monopols.
Der Unterschied zwischen den beiden Empfangsleistungen, welcher PRU-PRI=5 dB beträgt, soll nun in der Richtcharakteristik wiedergefunden werden. Daher gilt:
PRU-PRi= RU (a) -DP (a) =5 dB, was bei DRu(a)=0 dB zu
PRu-PRi=-101oglO (cos (a) 2) führt . Unter Zuhilfenahme der Berechnungsvorschrift
.2 1
cos x (l + cos 2x)
2 kann der rechte Term aufgelöst werden. Dies ergibt :
10 10 — (1 + cos 2a)
wonach der cos-Term
2 - 10 10 - 1 = cos 2a isoliert werden kann. Anschließend kann die Gleichung mithilfe des Arcus-Cosinus nach a, also dem Winkel, aufgelöst werden.
Dadurch ergibt sich nach Auflösung der Gleichung zu a:
Für eine Empfangsleistung von 5 dB errechnet sich somit ein Winkel von a=55 , 18° .
Es sei verstanden, dass bei Verwendung von lediglich einer Richtantenne, wie dies bei der eben erfolgten beispielhaften Rechnung erfolgt ist, noch eine Unsicherheit hinsichtlich der Empfangsrichtung besteht, d.h. das Funksignal 40 kann ebenso von links oder von rechts mit Bezug auf eine Mittenachse der Richtantenne kommen, ohne dass dies unterscheidbar wäre. Durch entsprechende Rechnungen unter Verwendung der anderen Antennen kann diese Unsicherheit aufgelöst werden, so dass eine eindeutige Bestimmbarkeit der Empfangsrichtung gegeben ist.
Erwähnte Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Sie können jedoch auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer seiner Ausführungen, beispielsweise mit einer bestimmten Zusammenstellung von Schritten, in der Weise ausgeführt werden, dass keine weiteren Schritte ausgeführt werden. Es können jedoch grundsätzlich auch weitere Schritte ausgeführt werden, auch solche welche nicht erwähnt sind.
Allgemein sei darauf hingewiesen, dass unter Fahr- zeug-zu-X-Kommunikation insbesondere eine direkte Kommunikation zwischen Fahrzeugen und/oder zwischen Fahrzeugen und Infrastruktureinrichtungen verstanden wird. Beispielsweise kann es sich also um Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation oder um Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation handeln. Sofern im Rahmen dieser Anmeldung auf eine Kommunikation zwischen Fahrzeugen Bezug genommen wird, so kann diese grundsätzlich beispielsweise im Rahmen einer Fahr- zeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation erfolgen, welche typischerweise ohne Vermittlung durch ein Mobilfunknetz oder eine ähnliche externe Infrastruktur erfolgt und welche deshalb von anderen Lösungen, welche beispielsweise auf ein Mobilfunknetz aufbauen, abzugrenzen ist. Beispielsweise kann eine Fahr- zeug-zu-X-Kommunikation unter Verwendung der Standards IEEE 802.11p oder IEEE 1609.4 erfolgen. Eine Fahr- zeug-zu-X-Kommunikation kann auch als C2X-Kommunikation bezeichnet werden. Die Teilbereiche können als C2C (Car-to-Car) oder C2I (Car-to-Infrastructure) bezeichnet werden. Die Er¬ findung schließt jedoch Fahrzeug-zu-X-Kommunikation mit Vermittlung beispielsweise über ein Mobilfunknetz explizit nicht aus . Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar.
Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen . Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.
Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Be- deutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen einer Empfangsrichtung eines Funksignals (40), welches folgende Schritte aufweist:
- Empfangen des Funksignals (40) mittels einer ersten Antenne (21) mit einer ersten Empfangscharakteristik und dabei Erzeugen eines ersten Empfangssignals,
Empfangen des Funksignals (40) mittels einer zweiten Antenne (22) mit einer zweiten Empfangscharakteristik und dabei Erzeugen eines zweiten Empfangssignals, wobei die zweite Empfangscharakteristik unterschiedlich zur ersten Empfangscharakteristik ist, und
Ermitteln der Empfangsrichtung basierend auf dem ersten Empfangssignal und dem zweiten Empfangssignal.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei die erste Antenne (21) eine Rundstrahlcharakteristik als Empfangscharakteristik hat.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die zweite Antenne (22) eine Richtcharakteristik als Empfangscharakteristik hat.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- wobei die Empfangsrichtung basierend auf jeweiligen Leistungen des ersten Empfangssignals und des zweiten Empfangssignals ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- wobei die Empfangsrichtung mit einer Unsicherheit hin¬ sichtlich einer begrenzten Anzahl von Transformationen, insbesondere Spiegelungen und/oder Drehungen, ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ferner folgenden Schritt aufweist:
Empfangen des Funksignals (40) mittels einer dritten Antenne (23) mit einer dritten Empfangscharakteristik und dabei Erzeugen eines dritten Empfangssignals,
wobei die Empfangsrichtung auch basierend auf dem dritten Empfangssignal ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
- wobei die dritte Empfangscharakteristik der zweiten Empfangscharakteristik gedreht um eine vertikale Achse ent¬ spricht .
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
welches ferner folgenden Schritt aufweist:
Empfangen des Funksignals (40) mittels einer vierten Antenne (24) mit einer vierten Empfangscharakteristik und dabei Erzeugen eines vierten Empfangssignals,
wobei die Empfangsrichtung auch basierend auf dem vierten Empfangssignal ermittelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
wobei die vierte Empfangscharakteristik der zweiten Empfangscharakteristik gedreht um eine vertikale Achse ent- spricht.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
wobei die Empfangsrichtung eindeutig und/oder ohne Unsicherheit ermittelt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Empfangscharakteristika jeweils formelmäßig und/oder numerisch implementiert sind.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner ein Abstand einer das Funksignal (40) aus¬ sendenden Quelle (30) basierend auf einer Leistung zumindest eines der Empfangssignale, insbesondere des ersten Empfangs- Signals, ermittelt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Verfahren mittels zumindest einem ersten
Funksignal (40) und einem zweiten Funksignal (40) durchgeführt wird,
und wobei eine Änderung eines Abstands einer die Funksignale (40) aussendenden Quelle (30) basierend auf zugehörigen Empfangssignalen, insbesondere ersten Empfangssignalen, ermittelt wird, insbesondere basierend auf einer Freiraumdämpfung.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Empfangsrichtung ferner basierend auf einer in dem
Funksignal (40) enthaltenen Positionsangabe ermittelt wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Antennen (21, 22, 23, 24) vertikal übereinander angeordnet sind.
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