BR102014023170B1

BR102014023170B1 - Dispositivo de comunicação para um veículo ferroviário e veículo ferroviário

Info

Publication number: BR102014023170B1
Application number: BR102014023170-6A
Authority: BR
Inventors: Etienne André Maurice Fayt
Original assignee: Alstom Transport Technologies
Priority date: 2013-09-19
Filing date: 2014-09-18
Publication date: 2022-10-11
Also published as: EP2858282A3; CA2864579C; US20150080041A1; DK2858282T3; CN104467949B; CN104467949A; BR102014023170A2; RS63019B1; EP2858282A2; SG10201405862XA; FR3010678B1; US10059355B2; BR102014023170A8; IN2014DE02683A; FR3010678A1; EP2858282B1; CA2864579A1

Abstract

DISPOSITIVO DE COMUNICAÇÃO PARA UM VEÍCULO FERROVIÁRIO E VEÍCULO FERROVIÁRIO. A presente invenção trata de um dispositivo de comunicação (5) para um veículo ferroviário (10), do tipo que compreende um módulo de comunicação (30) sem fio para se comunicar com uma baliza de controle (15) em pelo menos uma faixa espectral de comunicação (75, 80) de uma faixa espectral subdividida em vários canais (CH1, CH6, CH11) predeterminados, e o referido dispositivo de comunicação (5) comporta, ainda, um módulo de proteção (35) ligado a uma antena de proteção (40), o qual módulo de proteção (35) é próprio para gerar sinais em pelo menos um dos canais (CH1, CH11) predeterminados que cobrem pelo menos em parte a ou cada faixa espectral de comunicação (75, 80) e a antena de proteção (40) é própria para irradiar os sinais gerados em direção de pelo menos um carro (27, 45) do referido veículo ferroviário (10). A presente invenção se aplica ao campo da segurança ferroviária e mais particularmente, porém não exclusivamente, à segurança dos transportes metropolitanos.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção trata de um dispositivo de comunicação para um veículo ferroviário, do tipo que compreende um módulo de comunicação sem fio para se comunicar com uma baliza de controle em pelo menos uma faixa espectral de comunicação de uma faixa espectral subdividida em vários canais predeterminados.

[002] A presente invenção se aplica ao campo da segurança ferroviária e mais particularmente, porém não exclusivamente, à segurança dos transportes metropolitanos.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[003] De forma convencional, os veículos ferroviários são dotados de um módulo de comunicação para se comunicar com balizas de controle dispostas ao longo da via férrea. Tais balizas permitem, por exemplo, um controle do tráfico ferroviário em tempo real.

[004] A comunicação entre as balizas e o módulo de comunicação tem geralmente por suporte ondas eletromagnéticas de radiofrequência, por exemplo ondas cuja frequência se encontra na faixa 2400 MHz-2489,5 MHz, ou além de 5 GHz. Tais faixas de frequências não são, em geral, exclusivamente alocadas e são, por exemplo, livremente usadas por aparelhos móveis destinados ao grande público, tais como telefones celulares, tablets ou ainda computadores portáteis.

[005] A presença de tais aparelhos móveis em número significativo a bordo de um carro de um veículo ferroviário, em particular nas proximidades do módulo de comunicação, por exemplo, durante os horários de pico, pode perturbar, e mesmo interromper a comunicação entre o módulo de comunicação e as balizas de controle. As condições de circulação em segurança são tais que em caso de ruptura da comunicação bordo-solo, o veículo ferroviário tem de parar. Assim, a perturbações pelos terminais dos passageiros da comunicação bordo-solo tem, em particular, por efeito a interrupção momentânea da circulação do veículo ferroviário, o que tem por consequência a redução da qualidade de serviço oferecido aos passageiros.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[006] Uma finalidade da presente invenção é propor um dispositivo de comunicação que permita atingir melhor confiabilidade e melhor disponibilidade da comunicação bordo-solo.

[007] Para esse fim a presente invenção tem por objeto um dispositivo de comunicação para um veículo ferroviário, do tipo precitado, caracterizado pelo fato de que comporta, ainda, um módulo de proteção ligado a uma antena de proteção, sendo que o módulo de proteção é próprio para gerar sinais em pelo menos um dos canais predeterminados que cobrem pelo menos em parte a ou cada faixa espectral de comunicação, e a antena de proteção é própria para irradiar os sinais gerados em direção de pelo menos um carro do referido veículo ferroviário.

[008] De fato, os aparelhos externos, tais como descritos anteriormente, não estão mais em condições de ocupar os canais nos quais o módulo de proteção emite sinais.

[009] De acordo com modos particulares de realização, a presente invenção apresenta uma ou mais das características a seguir, consideradas isoladamente ou de acordo com quaisquer combinações tecnicamente possíveis: - o módulo de proteção é próprio para emitir sinais contínuos ao longo do tempo no o ou em cada canal predeterminado; - a ou cada faixa de comunicação é mais estreita que um canal predeterminado da faixa multicanais; - o módulo de comunicação comporta meios de blindagem próprios para atenuar os sinais irradiados pela antena de proteção; - o módulo de comunicação comporta meios de filtragem próprios para atenuar sinais cuja frequência pertence a canais predeterminados que não cobrem a ou cada faixa de comunicação; - as características da faixa espectral são definidas pela norma IEEE 802.11; - o módulo de proteção é próprio para emitir sinais que comportam tramas de dados ao nível da camada 2 do módulo OSI.

[010] A presente invenção tem também por objeto um veículo ferroviário, caracterizado pelo fato de que compreende um dispositivo de comunicação tal como definido acima.

[011] O veículo ferroviário pode compreender uma ou mais das características a seguir, consideradas isoladamente ou de acordo com qualquer combinação tecnicamente possível: - a antena de proteção é própria para irradiar em direção de pelo menos um dos carros do veículo ferroviário que estão situados nas proximidades da implantação do módulo de comunicação do dispositivo de comunicação a bordo do veículo ferroviário.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[012] A presente invenção será mais bem entendida por meio da descrição a seguir, dada unicamente a título de exemplo e feita em relação aos desenhos anexos nos quais: - a figura 1 é um esquema de um veículo ferroviário que compreende um dispositivo de comunicação de acordo com um primeiro modo de realização; - a figura 2 é um esquema de um veículo ferroviário que compreende outro dispositivo de comunicação de acordo com um segundo modo de realização; - a figura 3 é um espectro que representa esquematicamente a potência irradiada em certos canais de uma faixa espectral, quando o módulo de proteção do dispositivo de comunicação da figura 1 ou da figura 2 estiver inativo; - a figura 4 é um espectro análogo ao espectro da figura 3, dado quando o módulo de proteção estiver ativo; e - a figura 5 é uma representação esquemática de um emissor de um dispositivo de comunicação de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[013] O dispositivo de comunicação 5 sem fio ilustrado pela figura 1 está disposto a bordo de um veículo ferroviário 10 para se comunicar sem contato com balizas de controle 15 dispostas ao longo de uma via férrea 17 de circulação do veículo ferroviário 10. A comunicação entre o dispositivo de comunicação 5 e as balizas de controle 15 é feita por acoplamento eletromagnético através de um guia de onda 20, como mostra a figura 1, ou por via aérea através de antenas de baliza 25, como ilustrado pela figura 2.

[014] As balizas de controle 15 definem células espaciais 26 ao longo de a via férrea 17, e cada célula 26 está associada a uma frequência de comunicação. As frequências de comunicação são, por exemplo uma frequência baixa F1 e uma frequência alta F2, F2 superior a F1, e são atribuídas alternadamente às células 26 sucessivas ao longo da via férrea 17.

[015] As frequências de comunicação pertencem aos espectros definidos pela norma IEEE 802.11.

[016] O veículo ferroviário 10 comporta carros 27 para receber passageiros, em particular passageiros que transportam aparelhos móveis de comunicação 28.

[017] O dispositivo de comunicação 5 comporta um módulo de comunicação 30, um módulo de proteção 35 e uma antena de proteção 40.

[018] A antena de proteção 40 está disposta um carro 27 do veículo ferroviário 10, em particular, em um carro de extremidade 45. Vantajosamente, o módulo de comunicação 30 está disposto no mesmo carro 27 que a antena de proteção 40. De preferência, somente os carros 27 do veículo ferroviário 10 que compreendem um módulo de comunicação 30 são equipados com a antena de proteção 40.

[019] A antena de proteção 40 é, por exemplo, um cabo coaxial cuja blindagem foi alterada para permitir que o cabo irradie uma parte dos sinais elétricos que o atravessam.

[020] O módulo de comunicação 30 comporta um módulo de emissão-recepção 50 e uma antena de comunicação 55. O módulo de comunicação comporta, além dos meios de filtragem 57 e meios de blindagem 58.

[021] O módulo de emissão-recepção 50 é próprio para se comunicar com as balizas de controle 15 através da antena de comunicação 55, por acoplamento eletromagnético entre a antena de comunicação 55 e o guia d’onde 20, como ilustrado pela figura 1, ou por propagação livre entre a antena de comunicação 55 e as antenas de baliza 25, como ilustrado pela figura 2.

[022] Os meios de filtragem 57 são próprios para efetuar uma filtragem espectral de um sinal proveniente da antena de comunicação 55.

[023] Os meios de blindagem 58 são, por exemplo, uma caixa para isolar eletricamente o módulo de comunicação 30 da antena de proteção 40, permitindo ao mesmo a comunicação entre o módulo de comunicação 30 e as balizas de controle 15.

[024] O módulo de proteção 35 comporta um primeiro emissor 60 para gerar sinais em uma primeira faixa espectral B1, e um segundo emissor 65 para gerar sinais em uma segunda faixa espectral B2. O módulo de proteção 35 comporta, ainda, um acoplador 70.

[025] Os sinais gerados pelo primeiro e pelo segundo emissor 60, 65 são, de preferência, tramas ao nível da camada 2 do módulo OSI, tais como descritas na norma IEEE 802.11. As tramas são compostas de um cabeçalho, de uma carga útil e terminadas por um código CRC (“Cyclic Redundancy Check”) que é utilizado pelo receptor para verificar se uma trama foi corretamente recebida. As tramas são geradas pelos emissores 60 e 65 em sequência sem interrupção ao longo do tempo.

[026] O primeiro emissor 60 e o segundo emissor 65 estão ligados a entradas do acoplador 70.

[027] A antena de proteção 40 está eletricamente ligada a uma saída do acoplador 70 para irradiar uma combinação dos sinais aplicados pelo primeiro emissor 60 e o segundo emissor 65 na entrada do acoplador 70.

[028] Por exemplo, como ilustrado pela figura 5, o primeiro e o segundo emissores 60, 65 comportam uma interface Ethernet 100, uma unidade de processamento na faixa de base 105 e um módulo radiofrequência 110 ligados em série.

[029] A interface Ethernet 100 é própria para receber informações relativas à configuração dos emissores 60, 65, por exemplo informações provenientes de um sistema no solo de gestão do tráfico ferroviário ou de um computador embarcado a bordo do veículo ferroviário 10. Tais informações são, por exemplo, o valor da frequência baixa F1, o valor da frequência alta F2, a potência dos sinais a ser gerados ou ainda o comprimento das tramas a ser geradas.

[030] A unidade de processamento na faixa de base 105 é própria para fornecer um sinal que comporta tramas na faixa de base. Mais particularmente, a unidade de processamento em faixa de base 105 é própria para fornecer um sinal que comporta tramas na faixa de base cujas características são função das informações de configuração recebidas pela interface Ethernet 100.

[031] O módulo radiofrequência 110 é próprio para transpor em frequência o sinal fornecida pela unidade de processamento na faixa de base 105 para gerar um sinal radiofrequência de frequência F1, F2 que corresponde ao emissor 60, 65 e que comporta as referidas tramas.

[032] Uma saída 110S do módulo de radiofrequência 110 está ligada à antena de proteção 45 para aplicar à referida antena de proteção 45 o referido sinal radiofrequência.

[033] Vantajosamente, a unidade de processamento na faixa de base 105 é igualmente própria para receber, a partir da interface Ethernet 100, as informações relativas ao valor das frequências F1, F2. Como ilustrado pela figura 5, a unidade de processamento em faixa de base 105 comporta, então, uma saída 105S ligada a uma entrada 110E do módulo radiofrequência 110 para comandar a frequência de transposição do sinal fornecido pela unidade de processamento em faixa de base 105, e a referida frequência de transposição é igual à frequência F1, F2.

[034] O dispositivo de comunicação 5 cujo funcionamento é ilustrado pelas figuras 3 e operada na faixa 2400 MHz-2489,5 MHz. Essa faixa está subdividida em uma pluralidade de canais predeterminados de acordo com a norma IEEE 802.11. De acordo com a norma IEEE 802.11, os canais da faixa 2400 MHz-2489,5 MHz possuem uma largura de 20 MHz.

[035] O módulo de comunicação 30 é próprio para emitir e receber sinais em uma faixa espectral de comunicação baixa 75 e em uma faixa espectral de comunicação alta 80, centradas respectivamente na frequência baixa F1 = 2417 MHz, e na frequência alta F2 = 2472 MHz. Cada faixa espectral 75, 80 possui uma largura de 5 MHz.

[036] A frequência baixa F1 corresponde aqui à frequência central do canal “2” da faixa 2400 MHz-2489,5 MHz de acordo com a norma IEEE 802.11.

[037] A frequência alta F2 corresponde aqui à frequência central do canal “13” da faixa 2400 MHz-2489,5 MHz, de acordo com a norma IEEE 802.11.

[038] Vantajosamente, as faixas espectrais 75, 80 são escolhidas de forma que os canais correspondentes não interfiram com pelo menos outro canal da faixa espectral multicanais.

[039] Geralmente, os aparelhos móveis 28 emitem no canal “1”, no canal “6” e no canal “11” da faixa 2400 MHz-2489,5 MHz, de acordo com a norma IEEE 802.11, designados respectivamente pelas referências CH1, CH6 e CH11 nessas figuras.

[040] Assim, o canal “1” cobre a faixa espectral de comunicação baixa 75 e o canal “11” cobre a faixa espectral de comunicação alta 80.

[041] A primeira faixa espectral B1 do primeiro emissor 60 do módulo de proteção 35 é o canal “1” CH1 de acordo com a norma IEEE 802.11.

[042] A segunda faixa espectral B2 do segundo emissor 65 do módulo de proteção 35 é o canal “11” CH11 de acordo com a norma IEEE 802.11.

[043] Os meios de filtragem 57 são, por exemplo, um filtro linear corta-banda cuja faixa de corte se estende de 2422 MHz a 2462 MHz, e é designada pela referência BC nessas mesmas figuras.

[044] Em funcionamento, durante o avanço do veículo ferroviário 10 sobre a via férrea 17, o módulo de comunicação 30 se comunica com as balizas de controle 15 sucessivas, alternadamente à frequência F1 e à frequência F2, em virtude da passagem sucessiva do dispositivo de comunicação 5 de uma célula 26 para a célula 26 seguinte.

[045] Os meios de proteção, constituídos pelo módulo de proteção 35 e pela antena de proteção 40, emitem continuamente (isto é, com uma frequência de repetição elevada e sem intervalo de transmissão entre pacote de modo a ocupar continuamente um canal ao longo do tempo) tramas no canal “1” CH1 e no canal “11” CH11 para ocupar esses canais.

[046] A antena 40 é, de preferência, própria para irradiar sinais em direção principalmente dos carros de extremidade 45 do veículo ferroviário, situados nas proximidades do ponto de implantação da antena 40 a bordo do veículo ferroviário 10.

[047] Consequentemente, para se comunicar, os aparelhos móveis 28 situados nos carros de extremidade 45 não podem mais usar o canal “1” CH1, nem o canal “11” CH11. Eles só podem usar um outro canal, por exemplo o canal “6” CH6.

[048] Os meios de filtragem 57 filtram os sinais emitidos pelos aparelhos móveis de comunicação 28 no canal “6” CH6.

[049] Além disso, os meios de blindagem 58 atenuam os sinais que chegam ao módulo de comunicação 30 depois de terem sido emitidos pelo módulo de proteção 35 e irradiados pela antena de proteção 40.

[050] Consequentemente, a potência dos sinais provenientes das balizas de controle 15 e recebidos pelo módulo de comunicação 30 em cada uma das faixas de comunicação baixa 75 e alta 80 é predominante diante da potência dos sinais emitidos, seja pelos aparelhos móveis de comunicação 28 no canal “6” CH6, seja pelo primeiro emissor 60 no canal “1” CH1, ou pelo segundo emissor 65 no canal “11” CH11.

Claims

1. DISPOSITIVO DE COMUNICAÇÃO (5) PARA UM VEÍCULO FERROVIÁRIO (10), do tipo que compreende um módulo de comunicação (30) sem fio, o módulo de comunicação (30) sem fio compreendendo um módulo de emissão-recepção (50) e uma antena de comunicação (55), o módulo de emissão-recepção (50) comunicando, via a antena de comunicação (55), com balizas de controle (15) dispostas ao longo de uma via (17) para um controle em tempo real do tráfico ferroviário, a comunicação entre o módulo de emissão-recepção (50) e as balizas de controle (15) sendo estabelecida em pelo menos uma faixa espectral de comunicação (75, 80) de uma faixa espectral subdividida em vários canais (CH1, CH6, CH11) predeterminados, a faixa espectral não sendo exclusivamente alocada para a comunicação entre o módulo de comunicação sem fio (30) e a baliza de controle (15), mas capaz de ser usada por um terminal usado por um passageiro localizado em um carro (27, 45) do veículo ferroviário, o dispositivo de comunicação (5) sendo caracterizado por comportar, ainda, uma antena direcional (40) e um módulo de proteção (35) ligado a antena direcional (40), o módulo de proteção (35) protege a comunicação entre o módulo emissão-recepção (50) e a baliza de controle (15) contra perturbações geradas pelo terminal usado pelo usuário, sendo próprio para gerar sinais em pelo menos um dentre o canal predeterminado dos canais (CH1, CH11) predeterminados subdivididos na faixa espectral, o pelo menos um canal predeterminado cobrindo pelo menos uma faixa espectral de comunicação (75, 80), enquanto a pelo menos uma faixa espectral de comunicação é usada pelo módulo de comunicação (30) comunicando com a baliza de controle (15), e a antena direcional (40) irradiando os sinais gerados pelo módulo de proteção (35) na direção do carro (27, 45) do veículo ferroviário (10) onde o passageiro está localizado, a fim de evitar que o terminal usado pelo passageiro use o pelo menos um canal predeterminado (CH1, CH11).

2. DISPOSITIVO (5) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo módulo de proteção (35) ser próprio para emitir sinais contínuos ao longo do tempo no ou em cada canal (CH1, CH11) predeterminado.

3. DISPOSITIVO (5) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado por a ou cada faixa de comunicação (75, 80) ser mais estreita que um canal (CH1, CH6, CH11) predeterminado da faixa espectral multicanais.

4. DISPOSITIVO (5) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo módulo de comunicação (30) comportar meios de blindagem (58) próprios para atenuar os sinais irradiados pela antena direcional (40).

5. DISPOSITIVO (5) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo módulo de comunicação (30) comportar meios de filtragem (57) próprios para atenuar sinais cuja frequência pertence a canais (CH6) predeterminados que não cobrem a ou cada faixa de comunicação (75, 80).

6. DISPOSITIVO (5) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelas características da faixa espectral serem definidas pela norma IEEE 802.11.

7. DISPOSITIVO (5) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo módulo de proteção (35) ser próprio para emitir sinais que comportam tramas de dados ao nível da camada 2 do módulo OSI.

8. VEÍCULO FERROVIÁRIO (10), caracterizado por compreender um dispositivo de comunicação (5), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7.

9. VEÍCULO FERROVIÁRIO (10) de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela antena direcional (40) ser própria para irradiar em direção de pelo menos um dos carros (45) do veículo ferroviário (10) que são situados nas proximidades da implantação do módulo de comunicação (30) do dispositivo de comunicação (5) a bordo do veículo ferroviário.