DE10110683A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Signalübertragung zwischen wenigstens zwei Sendeeinheiten zu wenigstens einer Empfangseinheit - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Signalübertragung zwischen wenigstens zwei Sendeeinheiten zu wenigstens einer Empfangseinheit über eine zwischen den wenigstens zwei Sendeeinheiten und der wenigstens einen Empfangseinheit gemeinsame Übertragungsleitung. DOLLAR A Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Signale mit einer oder mehreren Sendefrequenzen, die sich senderspezifisch voneinander unterscheiden, moduliert und über die gemeinsame Übertragungsleitung zur wenigstens einen Empfangseinheit übertragen werden, dass die übertragenen Signale von der wenigstens einen Empfangseinheit spektral analysiert und unter Zugrundelegung eines Entscheidungskriteriums ausgewertet werden.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf eine Vorrichtung zur Signalübertragung zwischen wenigstens zwei Sendeeinheiten zu wenigstens einer Empfangseinheit über eine zwischen den wenigstens zwei Sendeeinheiten und der wenigstens einen Empfangseinheit gemeinsame Übertragungsleitung.

Stand der Technik

Ein wesentlicher Aspekt bei der Konzeption von Signalübertragungssystemen, in denen vorzugsweise digitale Signale innerhalb eines lokalen Netzwerkes (LAN) von einer Sendeeinheit zu einer Empfangseinheit übertragen werden, gilt der Übertragungssicherheit bzw. -zuverlässigkeit. Dieser Aspekt spielt eine um so größere Rolle, handelt es sich bei der Übertragung um sicherheitskritische Signale, die beispielsweise in Form von Steuerbefehlen für spezifische Funktionen oder Aktionen dienen. In diesem Zusammenhang sei auf das "x-by-wire-Prinzip" hingewiesen, das im Kfz-Bereich unter dem Begriff "drive-by-wire" oder im Flugzeugbereich unter dem Begriff "fly-by-wire" bekannt ist und zunehmenden Einzug besitzt. So erlauben derartige Signalübertragungssysteme die mechanische Entkopplung zwischen einer Benutzerschnittstelle und einem geeigneten Aktuator, wodurch insbesondere im mobilen Transportmittelbereich erhebliche Raum- und Gewichtseinsparungen möglich werden. Beispielsweise ist es denkbar, bei der Lenkung in Automobilen die als Verbindung zwischen Lenkrad und Achsschenkel der Vorderachse dienende Lenksäule durch ein elektronisches Übertragungssystem zu ersetzen, wodurch neben den vorstehenden Vorteilen bezüglich Raum- und Gewichtseinsparung neue Designfreiheiten in der Auslegung eines Automobilcockpits erschlossen werden können. Ferner könnten die in elektronischer Form vorliegenden Lenksteuerbefehle in für das gesamte Automobil betreffende elektronische Stabilitätsprogramme integriert werden. Ähnliche Überlegungen können für die Bremsen sowie den gesamten Schaltungsbereich angestellt werden.

Ein Datenübertragungssystem, das beispielsweise auf der Basis einer Busstruktur realisierbar ist, muss aufgrund der Übertragung höchst sicherheitsrelevanter Signale höchsten Anforderungen an Zuverlässigkeit und Störsicherheit erfüllen. Das gleiche gilt für die Gewährleistung einer akzeptablen Signallaufzeit zwischen den entsprechenden Benutzerschnittstellen und den anzusteuernden Aktuatoren. Unter diesem Gesichtspunkt sind die derzeit auf dem Markt befindlichen Übertragungssysteme kritisch zu hinterfragen und zu bewerten. Die derzeit bekannten Übertragungssysteme seien nachfolgend unter Angabe der jeweiligen Quellennachweise in Form von Internetadressen angegeben.

Die meisten vorstehend genannten Übertragungssysteme, die zur Übertragung sicherheitsrelevanter Signale ausgebildet sind, zeigen jedoch spezifische Schwächen, die mit der nur ungenügenden Auslegung ihrer Netzwerkkonfiguration bzw. Topologie zusammenhängen. So lassen sich bei den Systemen CAN, D2B, MOST Fallszenarien problemlos generieren, die einen Ausfall des Gesamtsystems oder wenigstens Teile des Systems herbeiführen. Ein klassisches Fehlerszenario, das in den meisten Systemen nicht abgefangen werden kann, betrifft die "babbling- idiot"-Problematik, was soviel heißt, dass durch defekte, in der Netzwerkstruktur integrierte Sende- oder Empfangseinheiten ein unkontrolliertes Senden in die Übertragungsleitung auftreten kann, was letztlich zu fatalen Fehlern innerhalb der Netzwerkstruktur führt.

Um jenes Fehlerszenario des "babbling idiot" möglichst vollständig auszuschließen, wurden weiterentwickelte Protokolle zur Datenübertragung erarbeitet, nämlich die Protokolle "byteflight", "TTP" und "flexray".

Für das byteflight-System, das nach dem sogenannten "Flexible Time Division Multiple Access" arbeitet, nutzt man zur Übertragung der Signale polymeroptische Fasern, die sternförmig angeordnet sind, wobei die zu übertragenden Signale als Lichtsignale umgewandelt werden. Nachteilhaft ist jedoch aufgrund der hohen, den polymeroptischen Fasern innewohnenden, optischen Dämpfung die Verwendung eines aktiven Sternkopplers, der einerseits für eine die sichere Übertragung gewährleistende Signalintensität sorgt und andererseits zur Vermeidung des Fehlerszenarios "babbling idiot" aktiv in die Informationsübertragung eingreift. Sollte ein anderes Übertragungsmedium genutzt werden, muß ein zusätzlicher "bus guardian layer" zur Überwachung und Ausgrenzung fehlerhafter Teilnehmer integriert werden.

Demgegenüber liegt dem TTP-System das Zeitscheibenmodell (time-sharing) zugrunde, bei dem jeder Sendeeinheit feste Timeslots zugeordnet sind, innerhalb derer die Sendeeinheiten sendeberechtigt sind. Das gleiche gilt auch für die entsprechenden Empfangseinheiten, die einer entsprechenden Zeittaktung unterliegen. Der Aufbau und die Realisierung des TTP-Systems ist jedoch äußerst aufwendig und lässt sich überdies nach einer einmalig festgelegten Schaltungskonstellation nur unter großem, zusätzlichem Aufwand modifizieren und erweitern. Auch im Falle des TTP-Systems bedarf es zur Vermeidung des Fehlerszenarios "babbling idiot" des aktiven Eingriffes in die Datenübertragung bzw. eines Zugriffes auf die an der Datenübertragung beteiligten Sende- und Empfangseinheiten durch eine separate, höherstehende Ebene, durch die die Aktivierung der jeweiligen Sende- und Empfangseinheiten jeweils nur in ihren jeweiligen Zeitfenstern (Timeslots) sichergestellt wird.

Das Kommunikationsverfahren von FlexRay geht einen Mittelweg. Es gibt einen statischen Teil, der aus einer bei der Initialisierung des Systems festgelegten Anzahl von Sendeslots besteht (analog TTP), und einem dynamischen Anteil, in dem die Kommunikation gemäß der byteflight-Spezifikation durchgeführt wird.

Neben den vorstehend genannten Übertragungssystemen geht aus der DE 42 36 002 A1 ein Verfahren sowie eine Schaltungsanordnung zur Verbindung mehrerer digitaler Datenkanäle zu einem Übertragungskanal hervor, bei dem eine Vielzahl unterschiedlicher Datensignale mit nur einer einzigen Trägerfrequenz übermittelt werden, wobei die Vielzahl unterschiedlicher Datensignale mit unterschiedlichen Datenraten moduliert werden. Die Datenübertragung erfolgt grundsätzlich leitungslos zwischen einer Sender- und Empfangseinheit, beispielsweise zwischen einem fahrenden Automobil und einer feststehenden Bake.

Aus der DE 33 47 181 A1 geht demgegenüber ein Modulationsverfahren zur netzgebundenen Signalübertragung sowie eine diesbezügliche Schaltungsanordnung hervor, bei dem jedes zu übertragende Signal in mehrere gleichzeitig gesendete, schmalbandige Teilsignale unterteilt wird, deren Frequenzen zueinander unterschiedlich sind. Jeder Empfänger akzeptiert ein Signal dann, wenn er gleichzeitig eine vorgegebene Anzahl dieser Teilsignale empfängt. Da die einzelnen Signale schmalbandig ausgebildet sind, bleibt der Störpegel der Signale gering, wodurch eine gewisse Störsicherheit gegeben ist.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Signalübertragungssystem zur Übertragung sicherheitsrelevanter Signale störsicher gegen auftretende Fehler zu machen. Insbesondere sollen die beim Stand der Technik auftretenden Schwächen vollständig vermieden werden. Fehlerszenarien, wie "babbling idiot", fehlerhafte Clock- Synchronisationen oder auch einfaches Nicht-Weiterleiten von Datenpaketen durch die Übertragungsleitung sollen vollständig ausgeschlossen werden können. Die zu treffenden Maßnahmen sollen überdies einfach und kostengünstig realisierbar sein und spätere, weitere Systemerweiterungen ermöglichen. Der für die empfangsseitige Signalaufbereitung erforderliche Aufwand soll möglichst gering gehalten werden und eine Echtzeitsignalverarbeitung gewährleisten.

Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Gegenstand des Anspruchs 11 ist eine Vorrichtung zur Signalübertragung gemäß des Verfahrens nach Anspruch 1. Vorteilhafte Merkmale, die den Erfindungsgedanken weiterbilden, sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung zu entnehmen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Idee beruht auf dem Vorsehen von Sendeeinheiten, die Signale über eine gemeinsame Übertragungsleitung absenden, wobei die aus den unterschiedlichen Sendeeinheiten abgesandten Signale auf jeweils unterschiedlichen Sende- bzw. Trägerfrequenzen übermittelt werden. Jede Sendeeinheit vermag eine oder mehrere Sendefrequenzen zu generieren, auf die die zu übertragenden Signale amplituden- und/oder phasenmoduliert übertragen werden. Wesentlich ist die senderspezifische Frequenzwahl der einzelnen Sende- bzw. Trägerfrequenzen.

Durch die Frequenzdiversifizierung kann vollständig ausgeschlossen werden, dass sich die an der Übertragungsleitung angeschlossenen Sende- und Empfangseinheiten gegenseitig blockieren, wodurch jede Sendeeinheit ihre Signale ohne Wartezeit direkt ins Übertragungsnetz absetzen kann. Da bei der Signalausbreitung zwischen unterschiedlichen Signalen entlang der gemeinsamen Übertragungsleitung keine gegenseitige Beeinflussung besteht, ergibt sich der Wegfall einer separaten Überwachungssystematik, die die Übertragungsleitung vor unkontrollierte Sendeaktivitäten schützt, die durch Vorliegen eines Defektes an den jeweiligen Netzteilnehmern auftreten können. Das vorstehend beschriebene Fehlerszenario "babbling idiot" spielt in der erfindungsgemäßen Übertragungsweise keine Rolle. Ebenso ist durch den Wegfall einer Konkurrenzsituation zwischen der Vielzahl sich entlang der gemeinsamen Übertragungsleitung ausbreitender Signale eine Arbitration, wie es beispielsweise beim vorstehend genannten CAN-System erforderlich ist, nicht nötig, da, wie eingangs erwähnt, keine Rechte zum Senden an die jeweiligen Sendeeinheiten vergeben werden müssen.

Durch die Diversifizierung der senderspezifischen Sendefrequenzen benötigt das erfindungsgemäße Übertragungsverfahren einen wesentlich geringeren, administrativen Aufwand, um einen fehlertoleranten Betrieb sicher zu stellen. Auch ist eine leichte Erweiterbarkeit des Übertragungssystems gegeben, da eine Neukonfigurierung eines bereits konzipierten Übertragungssytems nicht mehr nötig ist. Im Unterschied zu zeitlich geregelten Zugriffsverfahren, wie es beispielsweise bei dem TTP-System der Fall ist, können im erfindungsgemäßen Übertragungssystem beliebig viele, weitere Sende- und Empfangseinheiten in das Übertragungssystem integriert werden; es ist lediglich darauf zu achten, dass die Sendeeinheiten neue, nicht bereits an bereits im Übertragungssystem integrierte Sendeeinheiten vergebene Trägerfrequenzen zu erzeugen in der Lage sind. Eine Erweiterung im Falle des TTP-Systems ist lediglich durch vorheriges Vorsehen von Leerplätzen möglich; jedoch sinkt bei Vorsehen einer großen Anzahl an Leerplätzen die Leistungsfähigkeit des Übertragungssystems, da Leerplätze Zeitfenster blockieren, die bei der Signalübertragung ungenutzt bleiben.

Empfangsseitig sieht das erfindungsgemäße Verfahren wenigstens eine Empfangseinheit vor, die die übertragenen Signale spektral analysiert und unter Zugrundelegung eines für die Empfangseinheit typischen Entscheidungskriteriums auswertet. Das empfangsspezifische Entscheidungskriterium ist vorzugsweise die Trägerfrequenz einer bestimmten Sendeeinheit, die mit der jeweiligen Empfangseinheit in Kommunikation treten soll.

Um am vorstehend geschilderten Fall der nachträglichen Erweiterung des Übertragungssystems anzuknüpfen, ist es neben dem Vorsehen wenigstens einer neuen Sendeeinheit mit entsprechend senderspezifischen Trägerfrequenz nötig, die mit der Sendeeinheit anzusprechende Empfangseinheit derart zu konfigurieren, dass eine Signaldetektion bei der entsprechenden Empfangseinheit durch Selektion nach entsprechender Trägerfrequenz möglich ist.

Zur Selektion und Detektion der jeweiligen Trägerfrequenz aus dem Frequenzmix innerhalb der Übertragungsleitung dienen Techniken der Spektralanalyse, mit den die zu untersuchenden Signale innerhalb diskreter Zeitfenster untersucht werden.

Die gewünschte Resistenz der erfindungsgemäßen Signalübertragung gegenüber den meisten, bekannten Fehlerszenarien beruht auf der Tatsache, dass jede einzelne Sendeeinheit mit wenigstens einer eigenen Sendefrequenz arbeitet, die beispielsweise als Hardwarebauelement in Form eines Schwingquarzes vorgegeben ist. Neben der Übertragung elektrischer, digitaler Signale ist grundsätzlich die Übertragung optischer Signale auf entsprechendem Wege möglich. Zur Signalübertragung wird die von einer Sendeeinheit abgestrahlte Sendefrequenz amplituden- und/oder phasenmoduliert, so dass, wie vorstehend bereits erwähnt, eine gegenseitige Beeinflussung während der Signalübertragung zeitgleich abgesandter Signale von unterschiedlichen Sendeeinheiten ausgeschlossen werden kann. Durch die Möglichkeit der parallelen Übertragung mehrerer Signale auf verschiedenen Frequenzen kann einerseits die Übertragungsrate durch die Übertragungsleitung gesteigert werden; andererseits ist es möglich, eine Signalredundanz zu schaffen, wodurch die Übertragungssicherheit erhöht werden kann. Gerade bei besonders hochsensiblen Informationen macht eine redundante, parallele Übertragung einer einzigen Information auf zwei oder mehreren verschiedenen Sendefrequenzen, die von ein und der selben Sendeeinheit generiert und abgesandt werden, großen Sinn, zumal die Wahrscheinlichkeit, dass die Information erneut angefordert wird, drastisch sinkt.

Empfangsseitig ist darauf zu achten, dass von Seiten der Empfangseinheiten keine Störsignale in die Übertragungsleitung eingespeist werden können. Um derartige negative Stör- bzw. Streueffekte vollends auszuschließen, bietet sich beispielsweise die Verwendung eines Optokopplers an, der zwischen der Übertragungsleitung und der Empfangseinheit zwischengeschaltet wird.

Wie bereits erwähnt, ist es Aufgabe der Empfangseinheit, aus dem Frequenzmix innerhalb der Übertragungsleitung die für die Empfangseinheit bestimmten Signale zu selektieren. Die Selektion bzw. Aufbereitung der Signale erfolgt mit den Mitteln der Spektralanalyse unter Zugrundelegung definierter Zeitfenster, in denen die Signale ausgewertet werden. Zur Signalauswertung dient grundsätzlich das klassische Frequenzanalyseverfahren, nämlich die Fourier-Transformation. Um eine möglichst schnelle Signalanalyse und -auswertung durchzuführen, wird eine modifizierte Variante der Fourier-Transformation, nämlich die optimierte Short-Time- Fourier-Transformation (STFT) angewandt. Alternativ zur STFT können auch optimierte Analysefilterbanken oder Wavelettransformationen, die mathematischen Funktionen entsprechen, die sich innerhalb begrenzter Zeitspannen ändern, angewendet werden. Eine weitere Möglichkeit der Signalanalyse stellen sogenannte modellbasierte Verfahren zur Spektralanalyse dar, wie beispielsweise die Prony- Methode, Covariance-Methode, Principal-Component-Autoregressive-Methode (PCAR) oder die Matrix-Pencil-Methode. Liegen darüber hinaus Kenntnisse über die Randbedingungen vor, denen die Signale innerhalb der Übertragungsleitung unterliegen, so ermöglicht der Einsatz vorstehender Spektralanalysevarianten eine deutliche Verbesserung der Signalauswertungsqualität und zugleich eine Reduzierung der für die Auswertung benötigten Rechenzeit. Dies vor allem ist von großem Vorteil im Hinblick auf die Echtzeitverarbeitung der einzelnen, im Frequenzmix in der Übertragungsleitung vorliegenden Signale.

Die vorstehend genannte STFT (Short-Time-Fourier-Transformation) beschreibt ein Signalverarbeitungsverfahren, mit dem es möglich ist, nicht-stationäre Signale derart zu analysieren, indem diese in kurze Zeitabschnitte aufgeteilt werden, innerhalb derer die Teilsignale als stationär angesehen werden können. Somit ist es möglich, zu jedem Teilabschnitt gesondert das zugehörige Signalspektrum zu berechnen. Man erhält so eine Folge von Einzelspektren, die der Dynamik des Gesamtsignals Rechnung trägt.

Eine weitere Möglichkeit, ein Signal in seine spektralen Bestandteile zu zerlegen, ist die Verwendung einer Analyse-Filterbank, die sich durch eine Parallelanordnung geeignet gewählter Tief-, Band- und Hochpässe zusammensetzt, die sowohl als analoge oder als digitale Filter ausgebildet und in einer baum- oder pyramidenförmigen Anordnung vorgesehen werden können. Der Einsatz von Analyse-Filterdatenbanken eignet sich insbesondere für Empfangseinheiten, die ihre Informationen von nur wenigen ausgewählten Sendeeinheiten beziehen.

Schließlich ist der Einsatz von Wavelettransformationen in Fällen gegenüber der STFT vorzusehen, in denen es gilt, Signale mit quasistationären, niederfrequenten Komponenten und zeitlich scharf lokalisierten Transienten abzubilden. Hierzu wird eine Familie von Basisfunktionen verwendet, die aus einem Prototyp durch Translation auf der Zeitachse zu dem Zeitpunkt t und Skalierung durch den Faktor a ≠ 0 hervorgeht. Hierbei ist es gerade die Skalierung, die den entscheidenden Unterschied zur STFT macht. Ähnlich wie die STFT liefert auch die Wavelettransformation eine Bildfunktion, die von zwei Variablen abhängig ist. Eine dieser Variablen beschreibt die Position des Wavelets auf der Zeitachse und entspricht folglich der Zeitfensterpostion bei der STFT. Die zweite Variable hingegen betrifft den dimensionslosen Steuerparameter a, kurz Scale genannt, der zwar mit der Frequenz verwandt, aber mit dieser nicht gleichzusetzen ist.

Alternativ zu den vorstehend genannten Spektralanalyseverfahrensvarianten ermöglichen auch modellbasierte Spektralanalysen eine hochqualitative und schnelle Signalauswertung aus dem in der Übertragungsleitung vorherrschenden Frequenzmix. Die Leistungsfähigkeit derartiger Analyseverfahren kann überdies mit Kenntnis über die Schwingungsformen sowie mit Kenntnis über die Randbedingungen des Übertragungssystems erheblich gesteigert werden. So erlaubt beispielsweise die Covariance-Methode, als ein typischer Vertreter modellbasierter Spektralanalysen, den Fehler zwischen Vorwärts-Vorhersage und wirklichem Signalwert im Sinne der quadratischen Fehlernorm zu minimieren, was in direkter Linie zu einem einfachen, linearen Gleichungssystem führt, das mit Standardmethoden gelöst werden kann. Dieses Verfahren ist einfach physikalisch zu realisieren und arbeitet überdies schnell.

Eine weitere Möglichkeit betrifft die Principal-Component-Auto-Regressive-Methode (PCAR), die eine auf kovarianten Matrizen basierende Variante darstellt, bei der im Unterschied zur vorstehend genannten Covariance-Methode neben der Vorwärts- Vorhersage auch eine rückwärtsgerichtete Vorhersage hinzukommt. Da bei dieser Methode mehr Datenwerte verarbeitet werden können, kann ein potentieller Fehler besser herausgemittelt werden.

Die sogenannte Prony-Methode, die erstaunlicherweise seit über 200 Jahren bekannt ist, beruht auf der Grundüberlegung, dass das zu untersuchende Signal aus Summen von einigen wenigen, gedämpften Sinusschwingungen aufgefasst wird. Mit Hilfe sehr eleganter, mathematischer Überlegungen ist es möglich, das eigentlich hochgradig nichtlineare Optimierungsproblem in eine einfach zu lösende Version überzuführen. Schließlich stellt die Matrixpencil-Methode eine verfeinerte Version der Prony-Methode dar, die schneller und außerdem robuster gegenüber zufälligen Störungen ist, jedoch einen größeren Aufwand an Mathematik erfordert.

Alle vorstehenden, zur modellbasierten Spektralanalyse genannten Auswerteverfahren lassen sich im Übrigen aus den nachstehend genannten Quellen näher nachlesen: Rüdiger Hoffmann, "Signalanalyse und Erkennung", Springer- Verlag, 1998; Shie Qian, "Frequenzanalyse, basierend auf Modellen", Elektronik 4/2000.

Die Durchführung des vorstehend erläuterten, erfindungsgemäßen Verfahrens zur Signalübertragung sicherheitsrelevanter Signale über eine gemeinsame Übertragungsleitung, die als Ring- oder Busnetzwerk ausgebildet sein kann, ist die Verschaltung wenigstens zweier Sendeeinheiten innerhalb eines lokalen Netzwerkes, das entweder elektrische oder optische Verbindungsleitungen aufweist, mit wenigstens einer Empfangseinheit erforderlich. Hierbei weisen die Sendeeinheiten wenigstens einen Frequenzgenerator zur Erzeugung senderspezifischer Trägerfrequenzen auf. Überdies sind die Sendeeinheiten mit einem Phasen- und/oder Amplitudenmodulator ausgestattet, der zur Informationsübertragung die Trägerfrequenz entsprechend moduliert. Zur selektiven Signalauswertung ist an jeder Empfangseinheit ein Spektralanalysator vorgesehen, der in Abhängigkeit der jeweiligen Trägerfrequenzen die für die entsprechende Empfangseinheit bestimmten Signale selektiert und auswertet.

Das vorstehend charakterisierte Übertragungssystem ist zur Übertragung sicherheitskritischer Informationen ausgebildet und verfügt über eine hohe funktionale Sicherheit. Das bedeutet, dass zufällige Hardwarefehler oder Softwarefehler nicht zu einem Komplett-Ausfall des Übertragungsnetzwerkes führen. Durch die vorstehend erläuterte Konzeption des Übertragungssystem ist darüber hinaus sichergestellt, dass nicht alle Informationen durch auftretende Fehlfunktionen, beispielsweise eines Netzwerkteilnehmers, blockiert werden. Eben jene Problematik ist von hoher Bedeutung bei der Einführung von x-by-wire-Systemen, insbesondere in der Automobilindustrie, die als ein prädestiniertes Anwendungsgebiet vorstehender Technik anzusehen ist. Der Einsatz beschränkt sich jedoch nicht nur auf die Automobilindustrie, sondern ist überall dort denkbar, wo eine Übertragung sicherheitsrelevanter Daten nicht nur durch redundante Ausführung des Übertragungssystems erreicht werden soll. Aus Gewichts- und Kostengründen bietet sich deshalb speziell der Einsatz in mobilen Systemen an; aber auch eine Verwendung z. B. in der Produktionstechnik ist nicht abwegig. Grundsätzlich gilt die Maxime, dass, je höher die Anforderungen an die Übertragungssicherheit sicherheitsrelevanter Informationen sind, entweder durch die Brisanz der Signale oder durch die Umgebungsbedingungen beispielsweise in Form von Störfaktoren, um so geeigneter ist das vorstehend beschriebene Multifrequenzsystem.

Der Einsatz geeigneter Filter, die zwischen der Übertragungsleitung und den jeweiligen Empfangseinheiten vorzusehen sind, kann die zu verarbeitende Datenmenge drastisch reduzieren, sofern bekannt ist, von welcher Empfangseinheit Signale empfangen werden sollen. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung entsprechender schmalbandiger Frequenzbandfilter realisiert werden.

Ein Clock-Synchronisierungsimpuls kann ebenso von jeder Sendeeinheit dem abgesandten Signal überlagert werden, so dass die Empfangseinheit als Entscheidungskriterium das Clock-Synchronisierungssignal verwenden kann.

Schließlich lassen sich auch bei dem vorstehend beschriebenen System übliche Fehlererkennungs- und Korrekturverfahren für die Signalübertragung problemlos anwenden. Sollte beispielsweise die Checksumme nicht korrekt sein, so fordert die Empfangseinheit das Signal erneut an, sofern das Signal nicht auf einer optional zweiten Frequenz korrekt empfangen werden konnte.

In der einzigen Figur ist eine Schemazeichnung dargestellt, die zwei Sendeeinheiten S und drei Empfangseinheiten E zeigt, die über eine gemeinsame Übertragungsleitung L miteinander verknüpft sind. Die Sendeeinheiten S senden Signale mit jeweils unterschiedlichen Trägerfrequenzen in die Übertragungsleitung L ab, in der ein Frequenzmix F vorliegt und der von den einzelnen Empfängern E jeweils empfangen und je nach spektralem Entscheidungskriterium auch ausgewertet wird.

Claims (16)

1. Verfahren zur Signalübertragung zwischen wenigstens zwei Sendeeinheiten zu wenigstens einer Empfangseinheit über eine zwischen den wenigstens zwei Sendeeinheiten und der wenigstens einen Empfangseinheit gemeinsame Übertragungsleitung, dadurch gekennzeichnet,
dass die Signale mit einer oder mehreren Sendefrequenzen, die sich senderspezifisch voneinander unterscheiden, moduliert und über die gemeinsame Übertragungsleitung zur wenigstens einen Empfangseinheit übertragen werden,
dass die übertragenen Signale von der wenigstens einen Empfangseinheit spektral analysiert und unter Zugrundelegung eines Entscheidungskriteriums ausgewertet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheiten sowie die wenigstens eine Empfangseinheit mit einer als Ring- oder Busnetzwerk ausgebildeten Übertragungsleitung verbunden sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Signale digitale Signale sind, denen zur Signalübertragung eine Sendefrequenz oder mehrere verschiedene Sendefrequenzen als diskrete, senderspezifische Trägerfrequenzen zugeordnet werden, und
dass die Signale phasen- und/oder amplitudenmoduliert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die übertragenen Signale an der wenigstens einen Empfangseinheit innerhalb diskreter Zeitfenster spektral analysiert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spektralanalyse mittels Fourier-Transformation für schnelle Zeitabschnitte (STFT), Analyse-Filterbanken und/oder Waveletttransformation durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spektralanalyse mittels modellbasierter Spektralanalyseverfahren durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als modellbasierte Spektralanalyseverfahren die Kovarianz-Methode, das Proni-Verfahren oder das PCAR-Verfahren (Principal Component Auto Regressive) verwendet werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinheit die übertragenen Signale unter Maßgabe der Trägerfrequenz als Entscheidungskriterium auswertet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung der Signale durch Checksummenbildung oder durch Vergleich redundanter Signale, die auf unterschiedlichen Sendefrequenzen übertragen werden, durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zu übertragenen Signale sicherheitsrelevante, digitale Datensignale sind.

11. Vorrichtung zur Signalübertragung zwischen wenigstens zwei Sendeeinheiten zu wenigstens einer Empfangseinheit über eine zwischen den wenigstens zwei Sendeeinheiten und der wenigstens einen Empfangseinheit gemeinsame Übertragungsleitung, dadurch gekennzeichnet,
dass die Sendeeinheiten wenigstens einen Frequenzgenerator zur Erzeugung wenigstens einer senderspezifischen Trägerfrequenz aufweisen,
dass die Sendeeinheiten einen Phasen- und/oder Amplitudenmodulator zur Signalmodulation der Trägerfrequenz aufweist,
dass die Übertragungsleitung ein elektrisches oder optisches, kabelbasiertes Bussystem ist und
dass die wenigstens eine Empfangseinheit einen Spektralanalysator aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheiten, die wenigstens eine Empfangseinheit sowie die Übertragungsleitung ein lokales Netzwerk (LAN) bilden und als Ring- oder Busnetzwerk konfiguriert sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzgenerator ein Schwingquartz ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Empfangseinheit und der Übertragungsleitung eine optische oder elektrische Schutzeinheit vorgesehen ist, die eine elektrische und/oder optische Signalrückwirkung auf die Übertragungsleitung unterdrückt.

15. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13 zur Übertragung sicherheitskritischer Informationen innerhalb eines x-by-wire-Systems.

16. Verwendung nach Anspruch 15 zur Signalübertragung in mobilen Verkehrsmitteln, wie Kraftfahrzeugen, Schiffen oder Flugzeugen.