Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 9.
Aus John Gosch, SAW TECHNOLOGY DRIVES AUTO ID, ROAD-TOLL SYSTEM, ELECTRONIC DESIGN vom 26. April 1990, Seite 29 ist der Einsatz von OFW bzw. SAW (Oberflächenwellen bzw. surface acoustic waves)-Bauteilen zur Identifikation von Automobilen bekannt, die eine Kontrollstation passieren. Das OFW-Bauteil ist dabei in der Lage, ein eintreffendes Signal in eine Oberflächenwelle umzuwandeln, die sich über die Oberfläche des OFW-Bauteils ausbreitet. Auf der Oberfläche des OFW-Bauteils sind elektroakustische Wandler und Reflektoren vorgesehen, die in der Lage sind, einen Teil der an ihnen vorbeilaufenden Oberflächenwellen wieder in elektromagnetische Signale umzuwandeln.
Jedes zu identifizierende Automobil weist dabei ein OFW-Bauteil auf, bei dem eine bestimmte Anzahl Reflektoren in bestimmten Abständen zueinander derart auf der Oberfläche des OFW-Bauteils aufgebracht sind, dass sich dieses OFW-Bauteil von allen weiteren in anderen Automobilen verwendeten OFW-Bauteilen deutlich unterscheidet. Diese bestimmte geometrisch einmalige Anordnung der Reflektoren führt auch zu einem elektrischen Verhalten, das für jedes OFW-Bauteil typisch ist. D.h. jedes OFW-Bauteil, das mit einem festgelegten Abfragesignal beaufschlagt wird, sendet von den einzelnen Reflektoren Signale an die Abfragestation zurück. Durch die für jedes OFW-Bauteil typische Anordnung der Reflektoren werden die einzelnen Antwortsignale ebenfalls mit entsprechend typischen Verzögerungen an die Abfragestation zurückgesandt.
Die von einem OFW-Bauteil nach Erhalt des Abfragesignals abgegebene Antwort, die in Form von mehreren zeitlich gegeneinander verschobenen Signalen erfolgt, unterscheidet sich daher ebenfalls deutlich von Antworten, die von anderen OFW-Bauteilen abgegeben werden. Fig. 1 zeigt einen möglichen Verlauf der Antwortsignale, die vom Bauteil OFW einer Station ST+ als Antwort auf einen Abfragepuls einer Abfragestation ST abgegeben werden. Als Antwort auf einen einzelnen Abfragepuls retourniert das OFW-Bauteil nach einer zeitlichen Verzögerung demgemäss eine Folge von zeitlich gegeneinander verschobenen Impulsen, die als Kodewort zur Abfragestation ST gelangen.
Durch Massnahmen, die in den Erläuterungen zu Fig. 2 beschrieben sind, kann ferner vorgesehen werden, dass vom Bauteil OFW als Antwort auf einen Abfragepuls nicht nur feste, sondern auch variable Daten abgegeben werden können.
Diese Abfragetechnik kann bei der Kontrolle, Überwachung und Leitung von weiteren Verkehrsmitteln (Bus, Bahn, Schiff oder im Bereich der Bodenkontrolle für Flugzeuge) verwendet werden. Z.B. können Flugzeuge vor oder nach dem Andocken automatisch identifiziert werden. Ferner besteht die Möglichkeit, durch verschiedene Abfragestellen die Position des Flugzeuges auf dem Flughafengelände festzustellen sowie den Status (z.B. Betriebsdaten, technische Daten) des Flugzeuges automatisch abzufra gen und in einem für die Logistik vorgesehenen Computer zu speichern. Besonders vorteilhaft kann diese Abfragetechnik auch bei der Bahn eingesetzt werden. Entlang den Geleisen können z.B. mit einem OFW-Bauteil versehene Stationen ST+ vorgesehen werden, die von einer in einer stehenden oder bewegten Zugskomposition vorgesehenen Abfragestation ST abgefragt werden können.
Probleme können dabei entstehen, falls mehrere nicht zentral gesteuerte Abfragestationen nahe beieinander betrieben werden. Wenn z.B. eine erste Station ST, die einen Abfrageimpuls ausgesendet hat, während einem Zeitintervall Tr auf Empfang geschaltet wird und eine zweite Station ST während diesem Zeitintervall Tr einen Abfrageimpuls aussendet, so besteht die Gefahr, dass die Station ST anstatt eines Antwortsignals von einer zugehörigen Station ST+ ein Abfragesignal der fremden Station ST aufnimmt. Derartige Verhältnisse können z.B. in grösseren Bahnhöfen beim gleichzeitigen Eintreffen mehrerer Züge oder auf dem Flughafengelände bei der Verwendung nahe zueinander gelegener Abfragestationen ST auftreten. Ferner besteht die Gefahr, dass die zweite Station ST Antwortsignale empfängt, die von der ersten Station ST abgefragt wurden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für den Betrieb der Abfragestationen sowie eine entsprechende Schaltungsanordnung anzugeben, durch die erreicht wird, dass gegenseitige Störungen aller Abfragestationen, die direkt von einer ersten Station ST zu einer zweiten Station ST oder über die Antwort-Station ST+ erfolgen können, vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil der im Patentanspruch 1 bzw. 9 angegebenen Massnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt den Betrieb mehrerer Stationen ST, die Abfrageimpulse aussenden, ohne dass gegenseitige Störungen auftreten. Das Verfahren ermöglicht daher eine hohe Betriebssicherheit des aus allen Abfrage- und Antwortstationen bestehenden Kommunikationssystems.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 einen möglichen Signalverlauf von Abfrage- und Antwortsignalen
Fig. 2 ein zur Abgabe variabler Daten geeignetes OFW-Bauteil
Fig. 3 die Schaltungsanordnungen von zwei Sende- und Empfangsstationen
Fig. 4 den Verlauf einer Sequenz von Sendepulsen, deren zeitliche Abgabe durch das erfindungsgemässe Verfahren bestimmt wird
Fig. 5 zwei schienengebundene Fahrzeuge, die eine Antwort-Station ST passieren, welche ausschliesslich für das erste Fahrzeug vorgesehen ist
Fig. 1 zeigt den Verlauf der Signale, die zwischen zwei Sende- und Empfangsstationen ST und ST+ ausgetauscht werden, von denen die letztgenannte mit einem OFW-Bauteil versehen ist. Nebst den einleitend beschriebenen OFW-Bauteilen können in der Station ST+ auch herkömmliche Leitungen verwendet werden, in denen Reflexionsstellen vorgesehen sind, die z.B. durch die lokale Änderung der Impedanz bzw. durch den gezielten Einbau von Störstellen in verschiedenen Abschnitten der Leitung realisiert werden. Vorzugsweise werden kurze Verzögerungsleitungen vorgesehen, die eine geringe Wellenausbreitungsgeschwindigkeit aufweisen. Beispielsweise werden Koaxialleitungen eingesetzt, die ein eine hohe Dielektrizitätszahl aufweisendes Dielektrikum enthalten.
Von der Station ST wird demgemäss ein Abfragepuls an die Station ST+ übertragen, der in der Station ST+ beim Durchlaufen der Verzögerungsleitung an sechs Stellen reflektiert und als Pulssequenz zurück zur Station ST übertragen wird.
In Fig. 2 ist ein Oberflächenwellen-Bauteil P-OFW mit einer Antenne ANT, einem Interdigitalwandler IDW und mehreren Reflektoren RFT gezeigt, durch das die Übertragung von Daten von der Station ST+ zur Station ST ermöglicht wird. Die auf dem programmierbaren Oberflächenwellen-Bauteil P-OFW vorgesehenen n Reflektoren RFT können mittels Schaltern SW1, ..., SWn derart kurzgeschlossen werden, dass sie die Oberflächenwellen wahlweise reflektieren bzw. nicht reflektieren. Dadurch kann einerseits ein festgelegtes Kodewort oder ein n-Bit Datenwort an die Station ST übertragen werden. Die Schalter SW sind zu diesem Zweck mit einer entsprechenden Steuereinheit verbunden, die z.B. einen Speicherbaustein enthält, in dem das Kodewort permanent abgespeichert ist. Möglich ist ferner, nur einen Teil der Reflektoren RFT mit Schaltern SW zu versehen.
Weitere Reflektoren RFT können zusätzlich entsprechend einem zu übertragenden Kodewort angeordnet sein. Übertragen wird in diesem Fall eine Kombination von festen und variablen Daten.
Fig. 3 zeigt prinzipielle Schaltungsanordnungen der Station ST und der Station ST+, bei denen in Richtung zur Station ST+ nach dem FSK-Verfahren (frequency-shift-keying) und in Richtung zur Station ST nach dem PSK-Verfahren (phase-shift-keying) modulierte Signale übertragen werden.
Ein in der Station ST vorgesehener Prozessor PROC ist dabei mit einem Enkoder ENC sowie über einen FSK-Modulator FSK-M, einen Pulsmodulator IPM und einen Zirkulator C mit einer Antenne A verbunden. Der Zirkulator C ist ferner über einen Detektor DET mit einem Dekoder DEC verbunden. Der Ausgang des Modulators FSK-M ist ferner mit dem Referenzfrequenzeingängen des Dekoders DEC und des Detektors DET verbunden (nicht dargestellt). Der Enkoder ENC ist mit Steuereingängen des Modulators FSK-M und des Pulsmodulators IPM verbunden.
Die Station ST+ enthält ein Bauteil OFW, das zum Empfang FSK-modulierter und zur Abgabe PSK-modulierter Signale geeignet ist. Das Bauteil OFW besteht aus einem vorzugsweise piezoelektrischen Substrat, auf dessen Oberfläche sich Transversalwellen ausbreiten können. Auf diesem Substrat sind ein Phasenmodulator PM, ein Interdigitalwandler IDW, mehrere Reflektoren RFT, zwei Bandpassfilter BP1, BP2 und ein Dämpfungsmaterial ABS vorgesehen. Eine Antenne ANT ist dabei über den Phasenmodulator PM mit dem Interdigitalwandler IDW verbunden, der die über die Antenne ANT empfangenen Signale in Oberflächenwellen umwandelt, die sich gegen die Reflektoren RFT hin ausbreiten. Jeweils beim Erreichen eines Reflektors RFT wird ein Teil der sich ausbreitenden Transversalwellen zurück zum Interdigitalwandler IDW reflektiert, umgewandelt und über die Antenne ANT abgestrahlt.
Nachdem die Transversalwellen die Reflektoren RFT passiert haben, gelangen sie zu den Bandpässen BP1 und BP2 und werden anschliessend im Dämpfungsmaterial ABS absorbiert. Durch diese Absorption der Oberflächenwellen werden unerwünschte Reflexionen verhindert. Die Station ST+ weist ferner einen Detektor und ein Register auf, die z.B. über zusätzliche Datenpuffer mit einer Schnittstelle verbunden sind. Vom Register werden dem Phasenmodulator PM Daten vd-b zugeführt und vom Detektor werden die Ausgangssignale der Bandpassfilter BP1, BP2 entnommen.
Zur Übertragung von Daten von der Station ST+ zur Station ST werden die reflektierten Signale im Phasenmodulator PM in Abhängigkeit der zu übertragenden binären Daten z.B. zwischen zwei Phasenlagen (z.B. +/-45 DEG oder +/-90 DEG ) umgetastet. (Phasen- und Frequenz-Modulatoren bzw. Demodulatoren werden z.B. in Herter/Röcker, Nachrichtentechnik-Übertragung und -Verarbeitung, München 1976, Seiten 181-218 beschrieben. Als Phasenmodulator PM kann z.B. der auf Seite 202, Bild 2.4-27 gezeigte Ringmodulator verwendet werden. Weitere Phasen- und Frequenzmodulationsverfahren sind ferner in R. Mäusl, Digitale Modulationsverfahren, Heidelberg 1991, Kapitel 3 beschrieben.) Wie bereits eingangs erläutert, wird durch das Oberflächenwellen-Bauteil OFW als Antwort auf den Abfragepuls eine Sequenz von mehreren Pulsen reflektiert.
Die maximale Datenübertragungsrate wird daher erzielt, indem jeder einzelne Puls der reflektierten Pulssequenz entsprechend einem zu übertragenden Datenbit moduliert wird. Für die Demodulation dieser phasenmodulierten Signale ist in der Station ST ein Referenzsignal vorzusehen, das jeweils für die Modulation des Abfragesignals und die Demodulation des Antwortsignals verwendet wird. Möglich ist ferner die Verwendung eines Pulses aus der Sequenz der Antwortpulse als Referenzsignal. Z.B. wird die Phasenlage des ersten Pulses der Sequenz nicht verändert. Die Phasenlage der nachfolgenden Pulse der Sequenz kann daher jeweils mit Bezug auf den ersten Puls der Sequenz detektiert werden.
Die von der Station ST+ reflektierten und phasenmodulierten Signale können in der Station ST wiederum nur korrekt detektiert werden, falls ein Referenzsignal zur Verfügung steht. Da die Abfragepulse zwischen z.B. zwei Frequenzen frequenzumgetastet sind, wird daher das Ausgangssignal des Modulators FSK-M im Detektor DET als Referenz verwendet. Vorzugsweise können z.B. auch mindestens zwei Referenzoszillatoren (oder mindestens zwei von einem Oszillator abgeleitete Signale) verwendet werden. Durch einen vom Enkoder gesteuerten Umschalter würde dabei jeweils der Ausgang eines Oszilla tors mit den Eingängen des Pulsmodulators IPM, des Detektors DET und des Dekoders DEC verbunden.
In Fig. 3 ist ferner ein Integrator INT gezeigt, der mit einem Signalausgang des Detektors DET sowie einem Steuerausgang und einem Dateneingang des Prozessors PROC verbunden ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird anhand der in Fig. 4 dargestellten Signalverläufe erläutert. In Fig. 4a ist eine Sequenz von Impulsen i1, i3 dargestellt, die von einer ersten Station ST abgegeben wird. Anschliessend an die Impulse i1, i3 ist je ein Antwortsignal ant1 bzw. ant3 aufgezeigt, das von der Station ST+ abgegeben wird (s. auch Fig. 1). In Fig. 4c ist eine Sequenz von Impulsen p(n), p(n+1), p(n+2) dargestellt, die von einer zweiten Station ST abgegeben wird. Die von beiden Stationen ST erzeugten Sendepulse i bzw. p werden im Normalbetrieb periodisch in zeitlichen Abständen Tp abgegeben.
Falls beide Stationen ST nahe beieinander angeordnet sind oder sich aufeinander zu bewegen, besteht die Gefahr, dass die erste Station ST nicht nur die Antwortsignale ant der ihr zugehörigen Station ST+, sondern auch die Sendesignale p der benachbarten Station ST empfängt (die Antwortsignale benachbarter Stationen sind vernachlässigbar klein). Nebst dem Antwortsignal ant 1 empfängt die erste Station ST daher gleichzeitig den von der zweiten Station ST abgegebenen Impuls p(n), wodurch das von der Station ST+ abgegebene Antwortsignal ant1 verfälscht wird.
Erfindungsgemäss lassen die Stationen ST daher jeweils nach einer vorzugsweise pseudozufällig gewählten Sequenz von Sendepulsen, beispielsweise zu einem Zeitpunkt tx einen Impuls (i2f) ausfallen. Symmetrisch um diesen Zeitpunkt tx werden zwei Zeitfenster F1, F2 bzw. Intervalle vorgesehen, die vorzugsweise je eine halbe Sendeperiode Tp/2 lang sind (s. in Fig. 4b). Innerhalb des ersten Zeitintervalls ](tx - Tp/2), tx[, d.h. während der Zeit tx - Tp/2 wird die Empfangsstufe der ersten Station ST so wie der damit verbundene Integrator INT aktiviert, so dass alle innerhalb dieser Zeit auftretenden Signale aufintegriert werden. Ebenso werden alle innerhalb des zweiten Zeitintervalls ]tx, (tx + Tp/2)[ auftretenden Signale aufintegriert.
Vom Integrator INT wird daher für das erste Zeitintervall ](tx - Tp/2), tx[ ein Signal int1 und für das zweite Zeitintervall ]tx, (tx + Tp/2)[ ein Signal int2 an den Prozessor PROC abgegeben. Im Prozessor PROC werden die Signale int1, int2 miteinander verglichen. Sind die beiden Signale int1, int2 unterschiedlich, so besteht eine Abweichung des Sendezeitpunktes der ersten Station ST gegenüber dem Schwerpunkt der Sendezeiten aller weiteren Stationen ST. Im vorliegenden Fall fällt der Sendepuls p(n+1) der zweiten Station ST in das zweite Zeitintervall ]tx, (tx + Tp/2)[. Der Prozessor PROC stellt daher fest, dass das innerhalb des zweiten Zeitfensters aufintegrierte Signal int2 grösser als das erste Signal int1 ist.
Durch eine zeitliche Verschiebung Td des Sendezeitpunktes der Sendesignale der ersten Station ST in Richtung auf den Schwerpunkt der Sendezeiten aller weiteren Stationen ST wird erreicht, dass sich die Sendesignale der Stationen ST überdecken und nicht mehr mit Antwortsignalen der Stationen ST+ zusammenfallen. Da der beschriebene Korrekturvorgang in allen Stationen ST ab läuft, werden die Sendezeitpunkte aller in Kontakt zueinander stehender Stationen ST, unabhängig von den Anfangsbedingungen, rasch aufeinander eingestellt bzw. synchronisiert.
Die Anzahl Sendeimpulse, nach der jede Station (ST) wenigstens einen Sendeimpuls ausfallen lässt, wird zufällig gewählt, damit gleichzeitige Synchronisationsversuche der Stationen ST möglichst vermieden werden.
Die Anzahl Sendeimpulse, nach der jede Station (ST) wenigstens einen Sendeimpuls ausfallen lässt, wird vorzugsweise grösser a und kleiner b gewählt. Die Werte von a und b werden dabei derart gewählt, dass unnötige Synchronisationsversuche weitgehend vermieden, notwendige Synchronisationsversuche jedoch immer durchgeführt werden. Der Wert von a wird beispielsweise klein gewählt, falls die Stationen ST in schnell bewegten Verkehrsmitteln vorgesehen sind.
Die zeitliche Verschiebung Td wird derart gewählt, dass die Sendezeitpunkte der Stationen ST stetig konvergieren und rasch synchronisiert sind. Vorzugsweise wird die zeitliche Verschiebung Td im Bereich Tp/8 bis Tp/4 gewählt.
Vorzugsweise wird eine Verschiebung des Sendezeitpunktes jedoch nur vorgenommen, falls die Differenz der Signale int1, int2 einen vorgesehenen Schwellwert überschreitet. Falls genauere Angaben über den Schwerpunkt der Sendesignale benachbarter Stationen ST ermittelt werden sollen, können an Stelle von nur zwei Intervallen vor und nach dem Zeitpunkt tx auch mehrere Intervalle vorgesehen werden. Das Mass der Verschiebung der Sendeimpulse wird dabei entsprechend der zum Zeitpunkt tx relativen Lage des Intervalls bestimmt, in dem das grösste Signal ermittelt wird. Dabei wird die Verschiebung der Sendeimpulse vorzugsweise nur dann anhand des Intervalls bestimmt, in dem das grösste Signal ermittelt wurde, wenn dieses Intervall auf der Seite des Zeitpunktes tx liegt, auf der die Summe aller Signale grösser ist als die Summe der auf der anderen Seite des Zeitpunktes tx ermittelten Signale.
Das Mass der Verschiebung der Sendeimpulse kann auch entsprechend der zum Zeitpunkt tx relativen Lage des Schwerpunktes der in einem Fenster F1, F2 auftretenden Signale ermittelt werden. Dazu werden vorzugsweise für jedes Zeitfenster F1, F2 die Momente aus den empfangenen Signalen und deren zum Zeitpunkt tx relativen Empfangszeitpunkten tempf_rel = tempf - tx gebildet und aufintegriert.
Um zu vermeiden, dass Antwortsignale zu vorangehenden Sendeimpulsen in den Bereich des Fensters F1 gelangen und die Messung verfälschen, wird vorzugsweise bereits vor dem Zeitpunkt tx (z.B. zu den Zeitpunkten tx - TP; tx - 2Tp) mindestens ein weiterer Sendeimpuls nicht ausgesendet.
Bei zwei oder mehreren parallel geführten Geleisen besteht ferner das Problem, dass Antwortsignale von der Station ST+ nicht nur zu der Station ST gelangen, die den Abfragepuls ausgesendet hat, sondern auch zu Stationen, die sich auf Nachbargeleisen befinden. Antwortsignale, die von einer Station ST empfangen werden, die nicht selbst diese Antwortsignale abgefragt bzw. ausgelöst hat, führen dabei zu Fehlinformationen, die unter allen Umständen zu vermeiden sind. In Fig. 5 ist eine Situation dargestellt, bei der zwei auf parallelen Geleisen TR1, TR2 geführte Züge ZK1, ZK2 nahe beieinander vorbeifahren. Beim ersten Geleise TR1 ist ferner eine (Antwort-)Station ST+ vorgesehen, die von einer im Zug ZK1 vorgesehenen ersten Station ST mit Abfragepulsen beaufschlagt wird.
Antwortsignale werden von der Station ST+ zur ersten Station ST reflektiert, gelangen jedoch in störendem Masse oft auch zu einer im Zug ZK2 vorgesehenen zweiten Station ST, da die Streckendämpfung zwischen den beiden Geleisen TR1 und TR2 nicht genügend hoch ist. Diese Probleme könnten vermieden werden, indem (Antwort-)Stationen ST+ nur an Stellen mit genügend grossem Abstand zwischen den Geleisen vorgesehen werden. Oft werden Geleise jedoch über längere Strecken nahe beieinander geführt. Ferner müssen insbesondere an Verkehrsknotenpunkten (Abfrage-)Stationen ST+ vermehrt eingesetzt werden. Erfindungsgemäss wird daher jeder Abfrageimpuls oder jede Sequenz von Abfrageimpulsen derart mit einer für jeden Zug ZK bzw. für jede (Abfrage-)Station ST individuellen Modulation versehen.
Z.B. könnte die Modulation von der Serienummer der Lokomotive oder einem weiteren individuell verschiedenen Kodewort abgeleitet werden. Durch die Korrelation der von der Station ST+ reflektierten Antwortsignale mit diesem Kodewort kann in der ersten oder zweiten Station ST daher leicht festgestellt werden, ob die empfangenen Signale zu den eigenen Abfragesignalen korrespondieren und weiterverarbeitet oder unterdrückt werden sollen. Grundsätzlich können die von den Stationen ST abgegebenen Abfrageimpulse amplituden-, frequenz- oder phasenmoduliert werden. Bevorzugt angewendet wird die Amplitudenmodulation einer Sequenz von Abfrageimpulsen. Dabei werden innerhalb der Impulssequenz ein oder mehrere Abfrageimpulse bezüglich deren Amplitude verändert oder vollständig ausgelassen.
Falls die empfangenen Signale nicht mit den Abfrageimpulsen bzw. dem entsprechenden Kodewort korrelieren, stammen diese Signale von einer fremden (Antwort-) Station ST+, die an einem z.B. parallel geführten Geleise vorgesehen ist und die Abfrageimpulse einer weiteren (Abfrage-)Station ST reflektiert. Diese nicht korrelierenden Fremdsignale werden daher, in dem in Fig. 5 dargestellten Fall in der zweiten im Zug ZK vorgesehenen Station ST nicht weiter verarbeitet. Zu erwähnen ist ferner, dass durch Abfrageimpulse, die vom Zug ZK2 zu der am Geleise TR1 vorgesehenen (Antwort-)Station ST+ gelangen, nur Antwortsignale von geringer Grösse ausgelöst werden, die den vorzugsweise in der Empfangsstation des Zuges ZK2 gesetzten Schwellwert nie überschreiten (doppelte Streckendämpfung) und daher unterdrückt werden.
The present invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a circuit arrangement according to claim 9.
From John Gosch, SAW TECHNOLOGY DRIVES AUTO ID, ROAD-TOLL SYSTEM, ELECTRONIC DESIGN from April 26, 1990, page 29, the use of SAW or SAW (surface acoustic waves) components for the identification of automobiles is known to pass a control station. The SAW component is able to convert an incoming signal into a surface wave that spreads over the surface of the SAW component. Electroacoustic transducers and reflectors are provided on the surface of the SAW component, which are able to convert part of the surface waves passing them back into electromagnetic signals.
Each automobile to be identified has an SAW component in which a certain number of reflectors are attached to the surface of the SAW component at certain distances from one another in such a way that this SAW component differs clearly from all other SAW components used in other automobiles differs. This specific, geometrically unique arrangement of the reflectors also leads to an electrical behavior that is typical for each SAW component. I.e. Each SAW component that receives a fixed interrogation signal sends signals from the individual reflectors back to the interrogation station. Due to the arrangement of the reflectors typical for each SAW component, the individual response signals are also sent back to the interrogation station with correspondingly typical delays.
The response given by an SAW component after receipt of the interrogation signal, which is in the form of a plurality of signals shifted in time, therefore also differs significantly from responses which are given by other SAW components. 1 shows a possible course of the response signals which are emitted by the component SAW of a station ST + in response to an interrogation pulse of an interrogation station ST. In response to a single query pulse, the SAW component returns after a time delay accordingly a sequence of temporally shifted pulses that arrive as a code word to the query station ST.
By means of measures which are described in the explanations for FIG. 2, it can further be provided that not only fixed but also variable data can be delivered by the component SA in response to a query pulse.
This query technique can be used for the control, monitoring and management of other means of transport (bus, train, ship or in the field of ground control for aircraft). E.g. aircraft can be identified automatically before or after docking. It is also possible to determine the position of the aircraft on the airport site through various query points and to automatically query the status (e.g. operating data, technical data) of the aircraft and save it in a computer provided for logistics. This query technique can also be used particularly advantageously on the railways. Along the tracks e.g. Stations provided with an SAW component are provided, which can be queried by an interrogation station ST provided in a standing or moving train composition.
Problems can arise if several polling stations that are not centrally controlled are operated close to each other. If e.g. a first station ST, which has emitted an interrogation pulse, is switched to reception during a time interval Tr and a second station ST emits an interrogation pulse during this time interval Tr, there is a risk that the station ST will switch on instead of a response signal from an associated station ST + Interrogation signal of the foreign station ST records. Such conditions can e.g. occur in larger train stations when several trains arrive at the same time or on the airport site when using nearby ST interrogation stations. There is also the risk that the second station ST will receive response signals which have been queried by the first station ST.
The present invention is therefore based on the object of specifying a method for operating the interrogation stations and a corresponding circuit arrangement by means of which mutual interferences of all interrogation stations which go directly from a first station ST to a second station ST or via the response Station ST + can be avoided.
This object is achieved by the measures specified in the characterizing part of claims 1 and 9, respectively. Advantageous embodiments of the invention are specified in further claims.
The method according to the invention permits the operation of a plurality of stations ST which emit interrogation pulses without mutual interference occurring. The method therefore enables a high level of operational reliability of the communication system consisting of all interrogation and response stations.
The invention is explained in more detail below with reference to a drawing, for example. It shows:
Fig. 1 shows a possible waveform of query and response signals
2 shows an SAW component suitable for delivering variable data
Fig. 3 shows the circuit arrangements of two transmitting and receiving stations
4 shows the course of a sequence of transmission pulses, the timing of which is determined by the method according to the invention
5 shows two rail-bound vehicles that pass through a response station ST, which is intended exclusively for the first vehicle
Fig. 1 shows the course of the signals that are exchanged between two transmitting and receiving stations ST and ST +, the latter of which is provided with an SAW component. In addition to the SAW components described in the introduction, conventional lines can also be used in the ST + station, in which reflection points are provided, e.g. through the local change of the impedance or through the targeted installation of fault points in different sections of the line. Short delay lines are preferably provided which have a low wave propagation speed. For example, coaxial lines are used which contain a dielectric with a high dielectric constant.
Accordingly, an interrogation pulse is transmitted from the station ST to the station ST +, which is reflected at six points in the station ST + when passing through the delay line and is transmitted back to the station ST as a pulse sequence.
2 shows a surface wave component P-SAW with an antenna ANT, an interdigital transducer IDW and a plurality of reflectors RFT, by means of which the transmission of data from the station ST + to the station ST is made possible. The n reflectors RFT provided on the programmable surface wave component P-OFW can be short-circuited by means of switches SW1, ..., SWn in such a way that they either reflect or do not reflect the surface waves. As a result, a fixed code word or an n-bit data word can be transmitted to the station ST. For this purpose, the switches SW are connected to a corresponding control unit, which e.g. contains a memory module in which the code word is permanently stored. It is also possible to provide only a part of the reflectors RFT with switches SW.
Additional reflectors RFT can additionally be arranged in accordance with a code word to be transmitted. In this case, a combination of fixed and variable data is transmitted.
3 shows basic circuit arrangements of the station ST and the station ST +, in which towards the station ST + according to the FSK method (frequency shift keying) and towards the station ST according to the PSK method (phase shift keying) ) modulated signals are transmitted.
A processor PROC provided in the station ST is connected to an encoder A and an FSK modulator FSK-M, a pulse modulator IPM and a circulator C to an antenna A. The circulator C is also connected to a decoder DEC via a detector DET. The output of the modulator FSK-M is also connected to the reference frequency inputs of the decoder DEC and the detector DET (not shown). The ENC encoder is connected to control inputs of the FSK-M modulator and the IPM pulse modulator.
The station ST + contains a component SAW which is suitable for receiving FSK-modulated and for delivering PSK-modulated signals. The component SAW consists of a preferably piezoelectric substrate, on the surface of which transverse waves can propagate. A phase modulator PM, an interdigital transducer IDW, a plurality of reflectors RFT, two bandpass filters BP1, BP2 and a damping material ABS are provided on this substrate. An antenna ANT is connected via the phase modulator PM to the interdigital transducer IDW, which converts the signals received via the antenna ANT into surface waves that propagate towards the reflectors RFT. Each time a reflector RFT is reached, some of the transverse waves that are propagating are reflected back to the interdigital transducer IDW, converted and radiated via the antenna ANT.
After the transverse waves have passed the reflectors RFT, they reach the bandpasses BP1 and BP2 and are then absorbed in the ABS damping material. This absorption of the surface waves prevents unwanted reflections. The station ST + also has a detector and a register, which e.g. are connected to an interface via additional data buffers. Data vd-b are fed from the register to the phase modulator PM and the output signals of the bandpass filters BP1, BP2 are taken from the detector.
For the transmission of data from the ST + station to the ST station, the reflected signals in the phase modulator PM are, depending on the binary data to be transmitted, e.g. shifted between two phase positions (e.g. +/- 45 DEG or +/- 90 DEG). (Phase and frequency modulators and demodulators are described, for example, in Herter / Röcker, Telecommunications Transmission and Processing, Munich 1976, pages 181-218. The ring modulator shown on page 202, Figure 2.4-27 can be used as the phase modulator PM, for example Further phase and frequency modulation methods are also described in R. Mäusl, Digitale Modulationsverfahren, Heidelberg 1991, Chapter 3.) As already explained at the beginning, a sequence of several pulses is reflected by the surface wave component SAW in response to the query pulse.
The maximum data transmission rate is therefore achieved by modulating each individual pulse of the reflected pulse sequence in accordance with a data bit to be transmitted. For the demodulation of these phase-modulated signals, a reference signal is to be provided in the station ST, which is used in each case for the modulation of the interrogation signal and the demodulation of the response signal. It is also possible to use a pulse from the sequence of the response pulses as a reference signal. E.g. the phase position of the first pulse of the sequence is not changed. The phase position of the subsequent pulses of the sequence can therefore be detected with reference to the first pulse of the sequence.
The signals reflected and phase-modulated by the ST + station can in turn only be correctly detected in the ST station if a reference signal is available. Since the query pulses between e.g. two frequencies are frequency-shift keyed, the output signal of the modulator FSK-M is therefore used in the detector DET as a reference. Preferably, e.g. at least two reference oscillators (or at least two signals derived from an oscillator) can also be used. The output of an oscillator would be connected to the inputs of the pulse modulator IPM, the detector DET and the decoder DEC by a switch controlled by the encoder.
An integrator INT is also shown in FIG. 3, which is connected to a signal output of the detector DET and a control output and a data input of the processor PROC.
The method according to the invention is explained on the basis of the signal profiles shown in FIG. 4. 4a shows a sequence of pulses i1, i3, which is emitted by a first station ST. Following the pulses i1, i3, a response signal ant1 or ant3 is shown, which is emitted by the station ST + (see also FIG. 1). 4c shows a sequence of pulses p (n), p (n + 1), p (n + 2), which is emitted by a second station ST. The transmission pulses i and p generated by both stations ST are emitted periodically at time intervals Tp in normal operation.
If both stations ST are arranged close to one another or move towards one another, there is a risk that the first station ST not only receives the response signals ant from its associated station ST +, but also the transmission signals p from the neighboring station ST (the response signals are from neighboring stations) negligible small). In addition to the response signal ant 1, the first station ST therefore simultaneously receives the pulse p (n) emitted by the second station ST, as a result of which the response signal ant1 emitted by the station ST + is falsified.
According to the invention, the stations ST therefore fail according to a preferably pseudorandomly selected sequence of transmission pulses, for example a pulse (i2f) at a time tx. Symmetrically around this time tx, two time windows F1, F2 or intervals are provided, each of which is preferably half a transmission period Tp / 2 long (see FIG. 4b). Within the first time interval] (tx - Tp / 2), tx [i.e. during the time tx - Tp / 2, the reception stage of the first station ST and the integrator INT connected to it are activated, so that all signals occurring within this time are integrated. Likewise, all signals occurring within the second time interval] tx, (tx + Tp / 2) [are integrated.
The integrator INT therefore outputs a signal int2 to the processor PROC for the first time interval] (tx - Tp / 2), tx [a signal int1 and for the second time interval] tx, (tx + Tp / 2) [. The signals int1, int2 are compared with one another in the processor PROC. If the two signals int1, int2 are different, the transmission time of the first station ST differs from the focus of the transmission times of all further stations ST. In the present case, the transmission pulse p (n + 1) of the second station ST falls in the second time interval] tx, (tx + Tp / 2) [. The processor PROC therefore determines that the signal int2 integrated within the second time window is greater than the first signal int1.
A time shift Td of the transmission time of the transmission signals of the first station ST in the direction of the center of gravity of the transmission times of all further stations ST ensures that the transmission signals of the stations ST overlap and no longer coincide with response signals from the stations ST +. Since the correction process described runs in all stations ST, the transmission times of all stations ST in contact with one another, regardless of the initial conditions, are quickly adjusted to one another or synchronized.
The number of transmission pulses, after which each station (ST) fails at least one transmission pulse, is chosen at random so that simultaneous attempts at synchronization of the stations ST are avoided as far as possible.
The number of transmission pulses, after which each station (ST) cancels at least one transmission pulse, is preferably chosen to be greater than a and less than b. The values of a and b are chosen in such a way that unnecessary synchronization attempts are largely avoided, but necessary synchronization attempts are always carried out. The value of a is chosen to be small, for example, if the stations ST are provided in rapidly moving means of transport.
The time shift Td is selected such that the transmission times of the stations ST converge continuously and are quickly synchronized. The time shift Td is preferably selected in the range Tp / 8 to Tp / 4.
However, the transmission time is preferably only shifted if the difference between the signals int1, int2 exceeds a predetermined threshold value. If more precise information about the center of gravity of the transmission signals from neighboring stations ST is to be determined, instead of only two intervals before and after time tx, several intervals can also be provided. The extent of the shift in the transmission pulses is determined in accordance with the position of the interval which is relative at time tx and in which the largest signal is determined. The shift in the transmission pulses is preferably only determined on the basis of the interval in which the largest signal was determined if this interval is on the side of the time tx at which the sum of all signals is greater than the sum of those on the other side of the Signals determined at time tx.
The extent of the shift of the transmission pulses can also be determined in accordance with the position of the center of gravity of the signals occurring in a window F1, F2 at time tx. For this purpose, the moments are preferably formed and integrated for each time window F1, F2 from the received signals and their reception times tempf_rel = tempf - tx at time tx.
In order to prevent response signals from preceding transmission pulses from reaching the area of window F1 and falsifying the measurement, at least one further transmission pulse is preferably not emitted before time tx (e.g. at times tx - TP; tx - 2Tp).
In the case of two or more tracks running in parallel, there is also the problem that response signals from the station ST + not only reach the station ST that sent the polling pulse, but also stations that are on neighboring tracks. Response signals which are received by a station ST which has not itself queried or triggered these response signals lead to incorrect information which must be avoided under all circumstances. 5 shows a situation in which two trains ZK1, ZK2 run on parallel tracks TR1, TR2 pass close to each other. At the first track TR1, a (response) station ST + is also provided, which is acted upon by interrogation pulses from a first station ST provided in the train ZK1.
Response signals are reflected from the station ST + to the first station ST, but often reach a second station ST provided in the train ZK2 to a disruptive extent, since the path loss between the two tracks TR1 and TR2 is not sufficiently high. These problems could be avoided by providing (answering) stations ST + only at locations with a sufficient distance between the tracks. However, tracks are often run close together over long distances. Furthermore, ST + has to be used increasingly, particularly at traffic junctions. According to the invention, therefore, each interrogation pulse or each sequence of interrogation pulses is provided with an individual modulation for each train ZK or for each (interrogation) station ST.
E.g. the modulation could be derived from the locomotive's serial number or another individually different code word. By correlating the response signals reflected by the station ST + with this code word, it can therefore easily be determined in the first or second station ST whether the received signals correspond to the own query signals and are to be further processed or suppressed. In principle, the interrogation pulses emitted by the stations ST can be amplitude, frequency or phase modulated. The amplitude modulation of a sequence of interrogation pulses is preferably used. One or more query pulses are changed or completely omitted in terms of their amplitude within the pulse sequence.
If the received signals do not correlate with the interrogation pulses or the corresponding code word, these signals come from an external (answering) station ST + which is connected to e.g. parallel tracks are provided and the query pulses reflect another (query) station ST. These non-correlating external signals are therefore not further processed in the case shown in FIG. 5 in the second station ST provided in the train ZK. It should also be mentioned that polling pulses that come from train ZK2 to the (answer) station ST + provided on track TR1 only trigger small-sized response signals that never exceed the threshold value preferably set in the receiving station of train ZK2 (double Section damping) and therefore suppressed.