用于车辆的发送接收设备及具有这种发送接收设备的车辆的制作方法

1.本发明涉及一种用于车辆的发送接收设备。发送接收设备设置成用于提供移动无线电功能，也就是说，利用发送接收设备可从车辆向车辆外部的通讯伙伴发起通讯连接。本发明也包括具有这种发送接收设备的车辆。


背景技术：

2.用于车辆的移动无线通讯功能的发送接收设备可通过将以下组成部分连接实现：天线结构，与天线结构相联接的所谓的高频前端单元(hf-高频)和与高频前端单元相联接的计算装置，即，例如数字信号处理器(dsp)。天线结构用于接收和发送电磁波。高频前端单元一方面可放大在高频范围内的移动无线电信号，也就是说，在电磁破的中心频率。此外附加地或备选地，高频前端单元可具有所谓的混频器(英文：mixer)，混频器可使移动无线电信号在高频范围和所谓的基础带(相对于高频范围更低频的范围)之间转换。高频前端单元的另一名称也为rf前端(rf-射频，funkfrequenz)。在基础带范围中，可通过计算装置进行信号处理，即，例如为移动无线电信号提供移动无线电协议，和/或借助于协议栈管理与通讯伙伴的连接。通过移动无线电连接(其例如可通过移动无线电功能提供)，可传输用于电话通话的音频数据和/或用于因特网连接和/或控制器通讯的计算机通讯数据。这些数据可通过计算装置嵌入移动无线电信号中或从中提取出来。
3.除了移动无线电功能之外，可附加地设置具有连接在之后的高频前端单元的另一天线结构和联接在天线结构上的计算装置，以用于在车辆中提供雷达功能。借助于雷达功能，可定位在车辆的环境中的至少一个对象。为此，发出在雷达频率下的电磁波，并且接收在至少一个对象上反射的回波。
4.由此，在车辆中存在的需求是，安装或布置具有从属的高频前端单元和连接在之后的计算装置的多个天线结构。
5.就此而言，由德国专利文献de 10 2006 023 206 a1中已知一种具有组合的天线设备的天线系统，为了两个不同的功能(gps接收和短距离通讯)，天线设备在一个壳体中紧凑地布置两个不同的天线。
6.从德国专利文献de 10 2007 046 471 a1中已知，天线设计成被封装并且为此使用天线芯片、基板和布置在基板上的天线结构。被封装的天线可用于雷达功能。在此，通过在不同的频率范围之间切换，可产生具有不同频率的雷达波。
7.从德国专利文献de 10 2018 120 050 a1中已知，可将天线结构设计成天线阵列，以由此获得可变的、可调整的辐射特性和天线结构的接收特性。可通过配置天线阵列调整最强的辐射和最大的接收灵敏度的方向。这称为主波束(主波瓣)的波束成形或定向。
8.在美国专利文献us 2004/0233045 a1中描述了一种用于车辆的信息收集和发送系统，在该信息收集和发送系统中，所有接收和待发送的数据都通过中央处理器送回。该系统具有天线，通过天线可实现与车辆外部的单元的无线电连接。
9.从美国专利文献us 2013/0106667 a1中已知，可将既能处理水平地也能处理垂直
地偏振的电磁波的天线阵列用于wifi功能以同时发送和接收。
10.从美国专利文献us 2007/0287634 a1中已知一种雷达系统，该雷达系统可借助于雷达波束的摆动进行空间扫描。


技术实现要素：

11.本发明的目的是，在车辆中紧凑地安装用于移动无线电功能的组成部分和用于雷达功能的组成部分。
12.该目的通过独立权利要求所述的主题实现。通过从属权利要求、以下描述以及附图得到本发明的有利的实施方式。
13.通过本发明，提供一种用于车辆的发送接收设备。以已知的方式，用于移动无线电功能的发送接收设备作为组成部分具有：
[0014]-用于产生待发送的移动无线电信号的电磁波和/或用于接收被接收的移动无线电信号的电磁波的天线结构，
[0015]-与天线结构相联接的高频前端单元，该高频前端单元设置成，将待发送的移动无线电信号向上混频(即，从基础带到电磁波的频率范围中)和/或将被接收的移动无线电信号向下混频(即，从电磁波的频率范围到基础带中)，以及
[0016]-与高频前端单元相联接的计算装置，该计算装置设置成，在相应的移动无线电信号(即待发送的和/或被接收的移动无线电信号)和在移动无线电信号中包含或传输的通讯数据之间转换，或者映射或者变换。以所述方式，这种通讯数据例如可为移动无线电协议和/或连接管理的数据和/或可用数据。作为可用数据，例如可设置(例如电话通话的)音频数据和/或设备通讯数据(例如因特网连接和/控制器通讯的数据)。
[0017]
换句话说，本发明的出发点是，在发送接收设备中，设置用于提供移动无线电功能的所有组成部分，并且也设置用于提供移动无线电功能。
[0018]
现在，为了也节省空间地实现雷达功能，也就是说在车辆的环境中的对象的雷达定位，根据本发明规定，发送接收设备设置成，借助于所述组成部分中的一个或几个或每一个附加地处理雷达信号。换句话说，在发送接收设备中的所述组成部分中的至少一个也设定或设置成，发出雷达信号的电磁波并且再次接收在对象上反射的回波(回声)并且从回波中推出或者从回波中导出相应的对象的位置和/或相对速度。雷达功能是已知的。因此，通过相应的组成部分，不仅引导移动无线电信号而且引导雷达信号。
[0019]
为了根据本发明双重地利用至少一个组成部分，即，用于移动无线电功能和雷达功能，根据本发明规定，为雷达信号设定具有这样的频率的电磁波，即，该频率与相应的移动无线电信号(被发送的和/或接收的移动无线电信号)的电磁波的中心频率相差不到5倍。换句话说，雷达频率是移动无线电信号的电磁波的中心频率最高5倍，或者相反地，雷达频率最多是相应的移动无线电信号的电磁波的中心频率小5倍(1/5)。尤其是，区别不到3倍，优选地不到2倍。由此实现，双重地使用所述组成部分中的至少一个，因为能选出其在(在天线结构中的)尺寸和/或特征值(频率通道/传输性能)方面适合用于处理移动无线电信号以及雷达信号的构件。相反地，在频率差别较大时，通常不能实现将组成部分用于处理两种频率范围的信号。
[0020]
通过本发明得到的优点是，双重地使用移动无线电功能的组成部分中的至少一个
来提供雷达功能，并且由此不必双份地提供该组成部分。
[0021]
为了实现本发明，例如可规定，电磁波的中心频率在25g赫兹至75g赫兹的频率范围中。用于雷达信号的电磁波的频率可在20g赫兹至90g赫兹的频率范围中。但是也可规定，用于移动无线电信号的电磁波的中心频率在3g赫兹至10g赫兹的范围中，并且产生具有小于50g赫兹的频率的雷达信号。
[0022]
高频前端单元也称为rf前端(rf-射频)。高频前端单元尤其是可具有用于调节到电磁波的中心频率上的带通滤波器和/或放大器(所谓的lna-低噪声放大器)和/或具有振荡器(lo-局部振荡器)的混频器。能接收的高频前端单元的示例是超外差式接收器。
[0023]
借助于移动无线电功能，可辅助车辆的移动无线电应用，例如免提电话。借助于雷达功能，可辅助车辆的雷达应用，例如环境监控。
[0024]
根据本发明的一个方面，天线结构设计成天线阵列，也就是说，存在多个彼此位置错开地同时发射电磁波的部分天线或子天线。在此，为单个子天线设置相位移(时间延迟)。子天线的信号可彼此分离地产生和/或接收，或者此外备选地也可借助于模拟天线电路将移动无线电信号分配到子天线上，或被子天线接收并且组合成唯一的天线信号。所述计算装置设置成，借助于波束成形模块将一方面用于雷达信号的电磁波以及另一方面用于相应的移动无线电信号的电磁波的天线阵列的相应的最大方向灵敏度在不同方向上定向(所谓的波束或主波瓣的定向)。换句话说，借助于天线阵列为雷达信号调整与用于相应的移动无线电信号不同的天线特性(辐射和/或接收特性)。由此，可以有利的方式为了移动无线电功能将相应最大的方向灵敏度或所谓的主波束(或简称波束)或主波瓣向基站或另一接收器或发送器定向，并且在此期间为了雷达信号使主波束或主波瓣向在车辆的环境中的对象定向(例如向另一车辆)，以将其定位。
[0025]
根据本发明的附加的或备选的方面，计算装置设置成，在雷达信号上应用移动无线电功能的回波抑制模块。这种回波抑制模块是从现有技术中已知的算法，其用于在被接收的移动无线电信号中补偿回波，例如在回波接收时，通过由直接的接收路径接收的电磁波和相同电磁波的反射的叠加，例如通过在建筑物上的反射引起回波。在共同使用计算装置时，也可将这种用于回波抑制的算法应用到雷达信号上。由此，例如补偿了在雷达信号中的地面反射。
[0026]
根据本发明的附加的或备选的方面，计算装置设置成，标识出具有特定的车辆签名的雷达信号。换句话说，在雷达回波上根据该签名识别出，是该发送接收设备的雷达信号还是另一布置在附近的发送接收设备的雷达信号。于是，由此例如在定位时两个车辆不会受到其雷达信号的彼此干扰。在此，尤其是借助于移动无线电功能的正交码实现该签名。这种正交码例如以金氏码(goldcode)为基础。
[0027]
本发明也包括获得附加的优点的实施方式。
[0028]
在一种实施方式中，天线结构用作公共的组成部分。天线结构设置成，产生和/或接收具有不同偏振和/或频率的雷达信号的电磁波和相应的移动无线电信号的电磁波。因此，例如可区分为水平偏振的波和垂直偏振的波。附加地或备选地，可根据频率设置区分或分离方案。由此得到的优点是，雷达信号和移动无线电信号可同时通过天线结构引导，并且尽管如此根据偏振实现了在雷达信号和移动无线电信号之间的区分或分离。因此，例如可在天线结构中进行移动无线电信号和雷达信号的分离。
[0029]
在一种实施方式中，高频前端单元设置成，通过同一天线结构一方面引导雷达信号的电磁波和另一方面引导相应的移动无线电信号的电磁波，并且在此借助于时分复用方法(时隙法)和/或借助于频分复用方法(用于雷达信号和移动无线电信号的不同的、不相交的频率间隔)保持雷达信号和相应的移动无线电信号的分离。因此，高频前端单元与天线结构相连接并且因此使单个的天线结构工作，以便能发送和/或接收不仅雷达信号而且相应的移动无线电信号。此时为了区分雷达信号和移动无线电信号，在时分复用方法中将天线结构分别仅仅用于信号(雷达信号或移动无线电信号)中的一个。交替地在雷达信号和移动无线电信号之间切换。在时隙法中，使用不同的、不相交的时间段。可通过频分复用方法实现甚至同时将天线结构用于雷达信号和移动无线电信号。
[0030]
在一种实施方式中，高频前端单元设置成，同时通过同一天线结构接收在不同的频率上的雷达信号和移动无线电信号，借助于带通滤波器将其分成移动无线电信号和雷达信号并且分开提供和/或处理。
[0031]
在一种实施方式中，高频前端单元设置成，借助于同一输出放大器和/或同一输入放大器在时分复用方法和/或频分复用方法中放大雷达信号和相应的移动无线电信号，和/或借助于同一混频器将其混频。借助于混频，可将雷达信号和移动无线电信号分别在发送频率带(具有用于电磁波的中心频率)和基础带(频率范围)以相同份额混频并且传输。如果对于输入放大器和/或输出放大器来说其工作频率范围足够宽，可同时放大雷达信号的频率带并且与其分离地放大移动无线电信号的频率带。在混频器中，时分复用方法是尤其有利的。
[0032]
在一种实施方式中，计算装置设置成，通过发送和/或接收移动无线电信号，借助于定位单元进行用于波束成形的调零(nullsteering)的障碍物定位。定位单元例如可实现成计算装置的程序模块。借助于调零，可在波束成形时借助于天线阵列定出最低灵敏度(零)的方向。为此，在现有技术中存在这样的用于障碍物定位的算法，即，该算法获得其中存在对移动无线电信号的最大干扰的方向。例如，所谓的自适应滤波器可反复地获得该方向。在现有技术中提供了算法。但是，现在对于移动无线电信号的障碍物同时代表着在车辆的环境中的应借助于雷达信号定位的对象。因此，相应地，也可借助于同一定位单元处理该雷达信号，其中，仅仅需要如下设置逆向处理，即，借助于同一定位单元根据雷达信号为在移动无线电功能中为了波束成形的调零而设置的障碍物提供目标定位，也就是说，通过处理雷达信号，例如借助于相同的自适应滤波器反复获得相同的对象必然所在的空间方向。即，因此将用于移动无线电功能中的波束成形的调零的算法用于处理雷达信号，以用于将识别出的障碍物辨认成在车辆的环境中的对象。
[0033]
在一种实施方式中利用的是，通过天线阵列可适应性地或随着时间改变主波瓣或主波束的定向。这可在天线阵列之内借助于模拟电路通过改变在子天线之间的相对相位实现，或者通过由计算装置为每个子天线个别地处理移动无线电信号和/或雷达信号，以用于为每个子天线调整合适的相位移。在该实施方式中，计算装置设置成，借助于波束成形使雷达信号的波束，即，主波瓣或主波束，根据预确定的扫描模型摆动来扫描发送接收设备的环境。扫描模型例如可规定，利用波束按行和/或按列扫描，或者利用波束按行和/或按列扫过环境。由此，可借助于雷达信号实现雷达图像或雷达扫描的空间分辨率。
[0034]
本发明也包括一种具有至少一个根据本发明的发送接收设备的车辆。发送接收设
备例如可设置天线结构，天线结构布置在前保险杠中或后保险杠中或者车辆一侧上，例如侧后视镜中。也可在车辆的车顶设置天线结构，因为，如已经描述的那样，借助于波束成形可使用于雷达功能的波束在水平平面中绕车辆360
°
摆动，而为了移动无线电功能可使波束向着移动无线电站定向。
[0035]
根据本发明的车辆优选地设计成汽车，尤其是乘用车或载重货车，或者公共汽车或摩托车。
[0036]
本发明也包括所描述的实施方式的特征的组合
附图说明
[0037]
接下来描述本发明的实施例。其中
[0038]
图1示出了具有根据本发明的发送接收设备的根据本发明的车辆的实施方式的示意图；以及
[0039]
图2示出了用于根据本发明的发送接收设备的实施方式的高频前端单元的设计方案的示意图。
具体实施方式
[0040]
以下解释的实施例为本发明的优选的实施方式。在实施例中，所描述的实施方式的组成部分分别表示单独的、视为彼此独立的本发明的特征，这些特征也分别彼此独立地改进本发明。因此，公开内容也应包括与所示出的实施方式的特征组合不同的组合。此外，也可通过已经描述的本发明的特征中的其它特征补充所描述的实施方式。
[0041]
在图中，相同的附图标记分别表示功能相同的元件。
[0042]
图1示出了车辆10，车辆为汽车，尤其是乘用车或载重货车，或者公共汽车。车辆10可具有发送接收设备11，发送接收设备设置成发起在车辆10和移动无线电网络14的基站13之间的移动无线电连接12。由此，可在车辆10中提供移动无线电应用15，例如移动电话和/或用于例如因特网连接的数据传输。由此，可通过移动无线电连接12向移动无线电网络14发送和/或接收用于移动无线电应用15的通讯数据16。在此，可将通讯数据16转换成移动无线电信号17(发送)或者可从移动无线电信号17中提取通讯数据16(接收)，并且随后可借助于发送接收设备11作为电磁波18发出移动无线电信号17，和/或接收包含移动无线电信号17的电磁波19。为此，发送接收设备11可具有定位在车辆的不同部位上的一个或多个天线结构20、20'，一个或多个高频前端单元21、21'和计算装置22。
[0043]
天线结构20可设置成用于接收电磁波19和/或用于产生电磁波18。天线结构20可具有设有子天线24的天线阵列23。借助于天线阵列23，可提供波束成形模块25，借助于波束成形模块可构造或提供用于移动无线电连接12的波束或主波瓣b。天线结构20可通过高频前端单元21与计算装置22相联接。高频前端单元21可具有用于被接收的移动无线电信号17的输入放大器26，和用于待发送的移动无线电信号17的输出放大器27。高频前端单元21可具有混频器28，以用于在一方面发送频率范围/接收频率范围(高频)和基础带之间转换。可通过计算装置22在移动无线电信号17和通讯数据16之间转换基础带。例如，通过计算装置22可实现移动无线电协议，例如协议栈。计算装置22例如可基于至少一个数字信号处理器和/或至少一个微处理器。
[0044]
利用计算装置22可将至少另一高频前端单元21'与联接在计算装置22上的天线结构20'相联接。
[0045]
此外，在车辆10中可提供雷达应用，或者可实现定位在车辆10的环境31中的至少一个对象30的雷达应用29。在图1中示出，如何进行对例如在车辆10的前部32的区域中的对象30的定位。雷达应用29例如可为自动驾驶功能的组成部分。
[0046]
发送接收设备11可为雷达应用29提供雷达功能，也就是说，发出雷达信号的电磁波33，该电磁波在对象30处被反射。随后，通过反射产生的回波34，也就是说被反射的电磁波可通过发送接收设备11接收，并且从中产生雷达信号35，根据雷达信号可提供用于向雷达应用29描述至少一个被定为的对象30的对象数据36。
[0047]
在发送接收设备11中，天线结构20、高频前端单元21和计算装置22分别是发送接收设备11的组成部分37。组成部分37中的至少一个，优选地两个，尤其是组成部分37中的所有在车辆10中此时不仅用于处理移动无线电信号17而且处理雷达信号35。
[0048]
因此，借助于天线结构20也可产生电磁波33，并且接收回波34。为此可规定，用于移动无线电连接12的中心频率f1和用于雷达信号的电磁波(电磁波33和回波34)的频率f2相对于用于移动无线电连接12的中心频率f1最多是5倍。尤其是，区别优选地不到3倍，尤其是不到2倍。
[0049]
由此，天线结构20也可用于产生电磁波33。尤其是，借助于波束成形模块也可产生波束b'，即，向环境31中定向的主波瓣，以用于定位对象30。尤其是，也可设置波束b'的摆动38，以实现定位的分辨率。
[0050]
高频前端单元21也可用于雷达信号35的放大和/或混频。通过计算装置22，可设置不仅用于移动无线电信号17而且可用于雷达信号35的数字信号处理，例如波束成形模块39，回波抑制模块40和/或障碍物定位模块41。
[0051]
由此，在车辆10中，通过发送接收设备11得到，至少一个天线阵列23共同用于移动无线电和雷达。因此，移动无线电功能和雷达功能可共同地使用车辆10的前/后/侧天线。例如，可通过用于移动无线电/雷达的不同偏振(例如水平的和垂直的)和/或用于移动无线电和雷达的不同时间槽和/或通过带滤波器实现用于移动无线电/雷达的信号(移动无线电信号/雷达信号35)的区分。将高频前端装置共同用于移动无线电和雷达也是可行的，则例如可通过时隙法将相同的输出和输入放大器26、27共同用于移动无线电和雷达，或者可为雷达信号设置作为用于移动无线电信号的低/中/高频放大器的附加的附加放大器。同样可规定，将多个用于雷达和移动无线电的高频前端单元联接到共同的计算装置22上。因此，例如可将前/后和侧/高频发送单元联接到例如可基于至少一个dsp的中央的计算装置22上。
[0052]
例如，通过将来自移动无线电领域的dsp或asic(专用集成电路)同样用于雷达信号35，可在计算装置中同时地或者时间上错开地评估移动无线电信号和雷达信号。因为在移动无线电功能中，使用回波技术，例如回波抑制模块40，这现在也有利地为雷达信号35提供。
[0053]
通过使用适应性的波束成形或摆动38，可实现雷达功能的更高分辨率。因此，例如可实现8
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8的波束成形。可按行地进行环境31的扫描和回波34的评估。
[0054]
由此，通过将来自移动无线电领域的技术用于雷达信号35，实现了雷达功能的更高的抗干扰性。此外，也可通过为了附有签名42进行的雷达信号的调制使用该更高的抗干
扰性。由此，在接收回波34时，区分出是雷达信号35的回波34还是电磁波33的回波还是其它车辆的回波。这例如可通过在使用用于雷达信号35的正交码的情况下作为明确的输出信号产生电磁波33实现。
[0055]
尤其是规定，天线结构用作唯一的天线，即，不具有两个彼此独立地工作的天线。但是，在此可设置所描述的分割和子天线，其中，天线结构20的所有单个子天线都可独立操控，例如用于4
×
4mimo(多进多出)或波束成形。
[0056]
因此，正交码也可用于移动无线电信号17。
[0057]
图2示出了高频前端单元21的可能的设计方案，其具有以下元件：
[0058]-多个输入放大器26和输出放大27，其分别具有用于移动无线电带或雷达带的自己的带通滤波器43(示出了多个滤波器对1至n，其分别为频率带提供通过输出放大器27的发送通道和通过接收放大器26的接收通道。n是滤波器对的总数量。得到n个不同的频率带)；
[0059]-用于雷达回波34的带通滤波器44；
[0060]-用于将来自天线结构20和/或进入天线结构20中的电信号切换成不同的移动无线电或雷达带的乘法器45；
[0061]-集成的电路rf-ic(例如具有至少一个混频器和/或模拟数字转换器adc和数字模拟转换器dac)。
[0062]
由此，已经可为计算装置22提供数字/采样的i/q数据(45)，该数据可包含移动无线电信号17和雷达信号35。但是，也可使用与计算装置22的模拟接口。
[0063]
也可将一个或多个高频前端单元21联接到计算装置22上。又可将多个天线结构20、20'联接到高频前端单元上。
[0064]
总地来说示例表明，如何通过本发明进行移动无线电和雷达的融合。