ISBN 978-3-8439-3810-5

978-3-8439-3810-5, Reihe Kommunikationstechnik

Matej Kloc
Adaptive Echtzeit-Drahtloskommunikation für den Test von Automobilsystemen

214 Seiten, Dissertation Universität Erlangen-Nürnberg (2018), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die Komplexität von automobilen Steuergeräten und Systemen nimmt stetig zu. Um den immer größer werdenden Funktionsumfang abzusichern und die steigenden Anforderungen an Sicherheit, Zuverlässigkeit, Komfort und Umweltverträglichkeit zu erfüllen, werden leistungsfähige und zuverlässige Testlösungen, z.B. auf Basis von Hardware-in-the-Loop (HIL), benötigt. Aufgrund dessen wird in dieser Arbeit ein innovatives, leistungsfähiges Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem vorgestellt, das eine drahtlose, bidirektionale Echtzeitübertragung von zeitkritischen Kontroll-, Diagnose- und Kalibrierdaten (KoDiKa) zwischen einem HIL-Testsystem und einem Steuergerät oder Bussystem (z.B. FlexRay) mit niedrigen Zykluszeiten von bis zu 1 ms ermöglicht. Dieser Ansatz eröffnet neuartige, mobile Testmöglichkeiten z.B. auf Teststrecken.

Zunächst wird hierzu ein Konzept des drahtlosen Echtzeit-Gateways (DEGs) präsentiert, welches auf dem flexiblen Software Defined Radio-Ansatz (SDR) und der Bitübertragungsschicht nach WLAN-Standard IEEE 802.11p basiert. Dieser einzigartige DEG-Transceiver ermöglicht einen gleichzeitigen Betrieb auf mehreren Übertragungskanälen. Die daraus resultierende spektrale Agilität des DEGs verbessert den für die zyklische KoDiKa-Nutzdatenübertragung erforderlichen deterministischen Spektrumzugriff in unlizenzierten Frequenzbändern trotz des verpflichtenden Listen-before-Talk-Verfahrens.

Die Leistungs- und Echtzeitfähigkeit dieses Konzepts wird anschließend mit Hilfe von MATLAB-Simulationen evaluiert und charakterisiert. Dabei wird speziell anhand einer einzigartigen Koexistenzuntersuchung auf Grundlage von gemessenen Interferenzsignalen im unlizenzierten 2,4 GHz-Frequenzband gezeigt, dass die geforderte KoDiKa-Paketübertragungszuverlässigkeit sowie die Nutzdatenrate von 99% und 2 Mbit/s in einem mehrkanaligen DEG-Betrieb trotz durch koexistent operierende Drahtlosgeräte verursachten Interferenzen sichergestellt werden können.

Weiterhin wird im Rahmen dieser Arbeit ein SDR-Prototyp des konzipierten DEGs unter Verwendung der agilen SDR-Plattform Nutaq ZeptoSDR, bei dem die gesamte digitale Basisbandsignalverarbeitung des DEGs ressourceneffizient in einem FPGA implementiert ist, gezeigt. Auf Grundlage dieses SDR-Prototypen wird zum einen die Realisierbarkeit des DEG-Transceivers demonstriert. Zum anderen wird ergänzend zu den MATLAB-Simulationen die Verbesserung der KoDiKa-Paketübertragungszuverlässigkeit in einem zweikanaligen DEG-Betrieb nachgewiesen.