CN113173477A - 电梯轿厢通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电梯轿厢通信系统，具体而言电梯系统(2)包括可在井道(6a‑d)内运动的电梯轿厢(4a‑d)。电梯轿厢(4a‑d)包括第一无线通信单元(12a‑d)。控制器(8a‑d)布置成与电梯轿厢(4a‑d)通信，控制器(8a‑d)包括第二无线通信单元(14a‑d)。第一和第二无线通信单元(12a‑d,14a‑d)布置成在使用无线通信协议的情况下交换电梯运行数据。在使用正交频分复用调制方案的情况下将在相应于电梯运行数据的数据符号组之内的每个数据符号调制到多个正交子载波上。通过无线接口(16a‑d)在第一和第二无线通信单元(12a‑d,14a‑d)之间发送调制的多个正交子载波。

Description

电梯轿厢通信系统
技术领域
本公开涉及一种电梯轿厢通信系统，特别是一种在电梯轿厢与控制器之间提供无线通信的系统。本公开尤其涉及适合于相对长的井道的系统，在该相对长的井道中电梯轿厢可以相对高的速度行进。
背景技术
在电梯系统中常见的是提供随行缆线，该随行缆线将安全和控制信号(即“运行数据”)从电梯轿厢发送到控制器(该控制器可安装在井道内或在井道的顶部处)且反之亦然。然而，尽管有线连接确保了在电梯板之间的可靠通信，但是这种缆线的安装和维护可为昂贵的。另外，对于特定的建筑物而言，缆线连接可为不可实行的，因为结构本身不是笔直的且因此不允许合适的竖向缆线滑动。
鉴于在有线解决方案方面的问题，已经尝试在电梯轿厢和控制器之间提供无线通信。然而，当试图确保可利用有线的通信系统获得的同样的可靠性和安全性水平时，在井道中的无线通信面临新的技术挑战。
特别地，当发送器和接收器之间的距离为大约数百米时，接收的信号的接收的功率可小于工作阈值(即低于下公差极限)。此外，当轿厢以相对高的速度运动时，多普勒频移效应可对在电梯轿厢和控制器之间的信号产生负面影响。例如，在一些设施中，电梯轿厢可以12m/s(即43km/h)或更高的速度运动，这可改变在接收器处的通信频率。最后，由于金属的环境(即井道本身)可存在强烈的多路径效应(multipath effect)，其可导致“深度衰落”。
EP 3124418 A1提出一种在电梯控制单元(ECU)和服务计算机之间的无线数据通信以用于电梯配置和维护。US 7,134,530 B2提出一种系统，在其中无线链路将ECU连接到位于电梯轿厢中和每个楼层上的终端。WO 2002/059029 A考虑了用于在电梯轿厢中提供信息娱乐的无线通信。US 2006/0108181 A1提出开发模块，其遵照Bluetooth®规范，以为了无线地发送与楼层呼叫按钮、轿厢门锁开关、安全开关和超速检测器有关的信息。WO 2016/051012 A提出一种装置，在其中定向天线用于发送来自电梯轿厢的数据。
然而，可改进在这些文件中描述的途径。尤其地已经意识到，现有技术的装置中没有一个提供特别地设计成用于在电梯以正常运行模式工作时在电梯控制单元(例如位于控制室中)之间和在电梯轿厢中发送信息的通信系统。
发明内容
根据第一方面，本公开提供一种电梯系统，包括：可在井道内运动的电梯轿厢，所述电梯轿厢包括第一无线通信单元；和布置成与电梯轿厢通信的控制器，所述控制器包括第二无线通信单元；其中第一和第二无线通信单元布置成在使用无线通信协议的情况下交换电梯运行数据，其中在使用正交频分复用调制方案的情况下将在相应于所述电梯运行数据的数据符号组之内的每个数据符号调制到多个正交子载波上；且其中通过无线接口在第一和第二无线通信单元之间发送调制的多个正交子载波。
本公开的第一方面扩展到一种用于在电梯系统中使用的无线通信系统，该电梯系统包括可在井道内运动的电梯轿厢和布置成与电梯轿厢通信的控制器，其中无线通信系统包括：用于与电梯轿厢一起使用的第一无线通信单元；和用于与控制器一起使用的第二无线通信单元；其中第一和第二无线通信单元布置成在使用无线通信协议的情况下交换电梯运行数据，其中在使用正交频分复用调制方案的情况下将在相应于所述电梯运行数据的数据符号组之内的每个数据符号调制到多个正交子载波上；且其中通过无线接口在第一和第二无线通信单元之间发送调制的多个正交子载波。
本公开的第一方面还扩展到一种运行电梯系统的方法，该电梯系统包括可在井道内运动的电梯轿厢和布置成与电梯轿厢通信的控制器，其中该方法包括：提供用于与电梯轿厢一起使用的第一无线通信单元；提供用于与控制器一起使用的第二无线通信单元；在使用无线通信协议的情况下交换电梯运行数据，其中在使用正交频分复用调制方案的情况下将在相应于所述电梯运行数据的数据符号组之内的每个数据符号调制到多个正交子载波上；且通过无线接口在第一和第二无线通信单元之间发送调制的多个正交子载波。
本公开的第一方面还扩展到一种非暂时性计算机可读介质，包括指令，当由处理器运行时，所述指令使处理器实施运行电梯系统的方法，该电梯系统包括可在井道内运动的电梯轿厢和布置成与电梯轿厢通信的控制器，其中该方法包括：提供用于与电梯轿厢一起使用的第一无线通信单元；提供用于与控制器一起使用的第二无线通信单元；在使用无线通信协议的情况下交换电梯运行数据，其中在使用正交频分复用调制方案的情况下将在相应于所述电梯运行数据的数据符号组之内的每个数据符号调制到多个正交子载波上；且通过无线接口在第一和第二无线通信单元之间发送调制的多个正交子载波。
因此将意识到，本公开的示例提供了一种改进的电梯系统，在其中相比于在本领域中本身已知的常规方法，在电梯轿厢与控制器之间的无线通信针对多普勒频移和多路径效应具有更高的鲁棒性。特别地，正交频分复用(OFDM)的使用针对恶劣的信道条件提供鲁棒性，且有助于克服由多路径效应引起的问题。本领域技术人员将意识到，利用适当的子载波间隔，本文描述的无线通信方案针对由电梯轿厢的运动引起的多普勒频移具有鲁棒性。
用于调制正交子载波的数据符号可属于任何合适的星座(constellation)，例如相移键控(PSK)、正交相移键控(QPSK)、正交幅度调制(QAM)等。将每个数据符号分布在多个子载波上也有助于克服多路径效应。虽然可在使用单个频率的情况下发送在星座中的数据符号，但是数据符号替代地分布在由子载波占用的更大的带宽(即比如果在使用单个频率的情况下符号各自被发送将需要的更大的带宽)上。
无线通信协议的特征适合于提供如下的通信网络架构，即该通信网络架构可有利地不需要使用任何中继器(尽管如果需要，例如由于极其长的井道，在一些示例中仍可使用这些中继器)且与高速电梯一起工作。此外，协议可通过商用现成品(COTS)设备的小的改变来实现且随后安装在当前部署的电梯系统上(即它可被改进)。
因此，本文描述的无线通信系统尤其适合于在长井道中的高速电梯，其否则在利用传统途径的情况下将遭受多路径和多普勒效应。
第一无线通信单元可在适合于与第二无线通信单元通信的位置中定位在电梯轿厢上或之内。在一些示例中，第一无线通信单元设置在电梯轿厢的顶部上。
在一些示例中，第二无线通信单元设置在井道之内或附近。在一组这样的示例中，第二无线通信单元可设置在井道的顶部处。例如，第二无线通信单元可设置在井道的顶部处的机房中。
在电梯轿厢和控制器之间交换的电梯运行数据可为单向的(即仅从电梯轿厢流向控制器或反之亦然)，但是在一些示例中，在电梯轿厢和控制器之间交换的运行数据是双向的(即数据流到电梯轿厢和控制器两者且从电梯轿厢和控制器两者中流出)。
在一些示例中，电梯轿厢产生电梯运行数据。该运行数据例如可包含电梯呼叫(例如目的地楼层)、轿厢占用率(例如乘客人数或当前载荷质量)、错误消息或状态更新。在一些示例中，电梯轿厢包括布置成产生电梯运行数据的轿厢板。
在一些可能重叠的示例中，控制器产生电梯运行数据。由控制器产生的电梯运行数据可包含电梯命令(例如运动到特定楼层、停止等)、错误消息或状态更新。
电梯运行数据可承载在控制器局域网(CAN)总线上。在一些示例中，无线通信单元可各自包括控制器局域网到无线接口(或“CAN2Wireless”接口)。这种CAN2Wireless接口可将来自CAN总线的信号转换为适合于跨过无线接口发送的信号。
取决于设施，电梯系统可仅仅包括单个的电梯轿厢。然而，在一些示例中，电梯系统包括多个电梯轿厢。在一组可能重叠的示例中，电梯系统可包括多个井道。例如，可存在一个或多个专用于每个井道的电梯轿厢，和/或电梯轿厢可在使用在本领域中本身已知的技术的情况下在井道之间运动。
在一些示例中，每个井道可设有专用的控制器和相关联的无线通信单元。在电梯轿厢在井道之间运动的情况下，与电梯轿厢的无线通信对话可要么直接地要么经由在中间的井道中的一个或多个中间控制器从始发井道的控制器“移交”到目的井道的控制器。当期望“快速漫游”性能时(即在源头和目的控制器之间具有相对快的切换或移交的情况下)，可利用关于电梯轿厢的位置的先验信息。特别地，在一些示例中，当电梯在适当的位置中时，它可自动将数据传送到目的控制器。
尽管在一些示例中可使用单个控制器，但是在其它示例中可提供多个控制器。在一组示例中，可存在用于多个电梯轿厢中的每个的专用控制器。可存在电梯轿厢和控制器的一对一映射使得每个电梯轿厢具有专用的控制器。备选地，每个控制器可与多个电梯轿厢的子集或所有通信，例如其中电梯轿厢例如通过井道分组。在一组这样的示例中，多个控制器可连接到群控制器。该群控制器可具有监督作用，使得它具有对所有电梯轿厢的总控制，且视情况而定可指引在控制器与电梯轿厢之间的通信。
在一些示例中，在第一无线通信单元内的发送器和/或在第二无线通信单元内的发送器具有至少20dBm、优选地至少25dBm且最优选地至少27dBm的发送功率。
在一些示例中，在第一无线通信单元内的接收器和/或在第二无线通信单元内的接收器具有至少-80dBm、例如至少-81dBm的灵敏度，且优选地具有至少-90dBm的灵敏度。
存在在本领域中本身已知的多个调制方案，其可与本文公开的通信协议一起使用。然而，在一些示例中，在使用来自下者组成的组的至少一种调制方案的情况下来调制承载电梯运行数据的调制的子载波：二进制相移键控(BPSK)；正交相移键控(QPSK)；16状态的正交幅度调制(16-QAM)；和64状态的正交幅度调制(64-QAM)。
井道可为适合于设施、即电梯系统安装在其中的建筑物的长度。然而，在一些示例中，井道可具有至少300m、可选地至少400m的、进一步可选地至少500m、再进一步可选地至少800m的长度。
已经意识到，当与具有大约800m的长度的井道一起使用时，BPSK可为尤其有利的，而当与具有大约500m的长度的井道一起使用时，QPSK可为尤其有利的。此外，16-QAM对具有大约400m的井道长度的设施可为有利的，而64-QAM对于具有大约300m的井道长度的设施可为有利的。
由于多普勒频移通常导致在接收器处的信号的偏移，在子载波之间的更大的频率距离改善抵抗多普勒效应的弹性(即由于减小的重叠)。然而，更大的频率距离意味着更多地占用的信道带宽，导致折衷。在一些示例中，调制的子载波具有156.25kHz的子载波间隔上限。在一些示例中，最小信道带宽(即用于在电梯轿厢和控制器之间发送信息的最小需求带宽)在1.0MHz和1.2MHz之间。
在多路径环境中，数据符号的延迟的版本可与相邻数据符号重叠。为了克服这种情况，可在两个连续的数据符号之间引入保护频带。保护频带的持续时间可取决于信道的时延扩展(即它测量数据符号的副本由于多路径效应多“晚”将到达接收器处)。作为一般规则，在更高的时延扩展(即更大的多路径效应)的情况中使用更长的保护间隔。在一些示例中，无线通信协议包含至少1.6µs的保护间隔持续时间。IEEE 802.11p标准(下文进一步详细提及)指定使用1.6µs保护间隔持续时间。
在一些示例中，无线通信协议符合IEEE 802.11p标准。在一些示例中，通信可仅仅实现IEEE 802.11p标准的PHY和MAC层，而不实现由V2X通信定义的其它堆栈层。在网络层处，节点可使用IPv4以用于分组路由，但是设想使用IPv6的装置。因此，在一组示例中，符合IEEE 802.11p的设备放置在电梯轿厢的顶部上和在电梯井道之内。该标准有时称为“在车辆环境中的无线访问”(WAVE)标准。
在一些示例中，可以在4GHz与8GHz之间、例如在5GHz与7GHz之间、且在一些示例中为6GHz的最大通信频率发送调制的子载波。
第一和第二无线通信单元典型地将包含天线。在用于发送和接收的每个单元中可存在单个的天线，或在每个无线通信单元中可存在单独的接收和发送天线。这些天线通常将具有相关联的增益。在一些示例中，天线增益为至少3dBi、例如至少4dBi、且在优选的示例中为至少5dBi。通常，根据在本领域中本身已知的弗里斯方程，在使用更大的通信频率的情况下需要更大的发送增益。
附图说明
现在将参考附图描述本公开的某些示例，在其中：
图1是根据本公开的一种示例的具有无线通信系统的电梯系统的示意图；
图2是根据本公开的另外的示例的具有无线通信系统的备选电梯系统的示意图；且
图3是根据本公开的另外的示例的另外的备选电梯系统的示意图。
具体实施方式
图1是根据本公开的示例的具有无线通信系统的电梯系统2的示意图。在显示在图1中的电梯系统2中，存在四个电梯轿厢4a-d，其布置成在相应的井道6a-d内运动。在每个井道6a-d的顶部处设置有分别的控制器8a-d。
每个电梯轿厢4a-d装备有分别的轿厢板10a-d，其布置成供应和接收与相应的电梯轿厢4a-d有关的运行数据。该数据可包含电梯轿厢4a-d的运行状态、任何错误消息、安全信息和用于电梯轿厢4a-d在分别的井道6a-d内的驱动运行的控制命令。这些轿厢板10a-d可为执行所有这些功能的单个板，或可存在多个“子”板，其具有在它们之间划分的功能，例如实际上轿厢板10a-d可各自具有控制板和安全板。轿厢板10a-d可定位在分别的电梯轿厢4a-d的顶部上，或定位在分别的电梯轿厢4a-d上的任何其它期望的位置上。
每个轿厢板10a-d连接到分别的无线通信单元12a-d，该无线通信单元布置成通过使用无线通信协议的无线通信接口16a-d与连接到相应的控制器8a-d的分别的无线通信单元14a-d通信。无线通信利用OFDM调制，在其中数据符号跨过多个正交子载波分布。如下文更详细地概述的那样，在该特定的示例中使用的无线通信协议符合IEEE 802.11p标准。
无线通信单元12a-d,14a-d各自包括CAN2Wireless接口，该CAN2Wireless接口将在有线CAN总线上的信号转换为用于跨过无线接口16a-d发送的信号，反之亦然。CAN总线18a-d将轿厢侧的无线通信单元12a-d连接到分别的轿厢板10a-d，而另外的CAN总线20a-d将控制器侧的无线通信单元14a-d连接到分别的控制器8a-d。视情况而定可通过固件或硬件来实施该转换。当然，将意识到，CAN总线的使用仅仅是示例性的，且视情况而定可使用其它类型的总线。
无线通信单元12a-d,14a-d有利地提供了跨过无线接口16a-d的双向通信且不需要视线(line-of-sight)。
控制器8a-d经由群CAN总线24连接到群控制器22。该群控制器22集中地控制每个井道控制器8a-d的运行。
如上文概述的那样，通过无线通信接口16a-d的通信根据IEEE 802.11p协议实施，该IEEE 802.11p协议是为车辆与车辆和车辆与基础设施通信(例如用于在自动驾驶车辆应用中)指定的标准。
通过无线接口16a-d发送的调制的子载波具有156.25kHz的子载波间隔上限，其中最小信道带宽在1.0MHz和1.2MHz之间。
遵循使用调制代码方案(MCS)0的IEEE 802.11p标准，这涉及使用带有前向纠错FEC=1/2的BPSK。借此，系统可通过10MHz信道发送3Mbit/s。在使用OFDM调制的情况下，存在64个156.25kHz宽度的信道，即64x156.25kHz =10MHz的带宽，加上由子载波功能的剩余部分占用的额外频带。该调制的效率为0.3bit/Hz。
当应用于图1的电梯系统2时，待发送的数据流可具有大约70kbit/s的数据速率。在使用上面的0.3bit/Hz的调制效率的情况下，需要的带宽为70kbit/s/0.3 =240kHz。由于240kHz仅与有效载荷有关，加上另外的50%导致至少360kHz的总带宽。
如果在子载波之间的间隔选择成等于156.25kHz以为了发送数据，需要至少3个数据子载波，导致3x156.25kHz=468.75kHz。
此外，在一些装置中，可需要多个导频子载波以为了正确地解调接收的信号。在带有4个导频子载波的装置中，总信道带宽为(4+3)x156.25kHz=1.0938MHz。
因此，通过应用“类似”IEEE 802.11p的通信，在其中带宽从由标准指定的10MHz减小到如上文根据数据吞吐量要求(即仅仅70kbit/s而不是由标准规定的2Mbit/s)计算的1.1MHz。因此，为了提供1.1MHz的信道，在子载波之间的频率间隔不应超过156.25kHz。
在备选的系统中，在2MHz的带宽的情况下，在子载波之间的频率间隔替代地可为312.5kHz。
图2是根据本公开的另外的示例的具有无线通信系统的备选的电梯系统2'的示意图。在图2的系统2'中的一些部件在结构和功能方面相应于关于图1的系统2描述的那些部件，其中相同的参考标号表示相同的部件，附加有撇号(')。
该系统2'的部件的连接和功能相应于先前参考图1描述的那些部件，除了在控制器侧处现在存在与电梯轿厢4a'-d'通信的单个控制器8'，其中未提供群控制器。该控制器8'连接到多个无线通信单元14a'-d'，其使与在电梯轿厢4a'-d'上的分别的无线通信单元12a'-d'通信变得容易。
尽管在图2的系统2'中为每个井道6a'-d'提供了单独的无线通信单元12a'-d'，在其它装置中多个电梯轿厢可与相同的控制器侧的无线通信单元通信，如在图3中显示的那样。
图3是根据本公开的另外的示例的另外的备选的电梯系统2''的示意图。如与图2的系统2'一样，在图3的系统2''中的一些部件在结构和功能方面相应于先前描述的那些部件，其中相同的参考标号表示相同的部件，附加有双撇号('')。
在图3的系统2''中，在两个电梯轿厢4a'',4b''上的无线通信单元12a'',12b''两者与相同的控制器侧的无线通信单元14''通信。因此，在该系统2''中，单个控制器侧的无线通信单元14''服务多个井道6a'',6b''，从而有利地减少了需要的硬件的数量。
因此本领域技术人员将意识到，本公开的示例提供了一种改进的带有在电梯轿厢与控制器之间的无线通信的电梯系统，当与在本领域中本身已知的常规途径相比时，该无线通信针对多普勒频移和多路径效应具有鲁棒性。
尽管已经详细地描述了本公开的特定的示例，但是本领域技术人员将意识到，详细地描述的示例不限制本公开的范围。

Claims (15)

1. 一种电梯系统，包括：
可在井道内运动的电梯轿厢，所述电梯轿厢包括第一无线通信单元；和
布置成与所述电梯轿厢通信的控制器，所述控制器包括第二无线通信单元；
其中所述第一和第二无线通信单元布置成在使用无线通信协议的情况下交换电梯运行数据，其中在使用正交频分复用调制方案的情况下将在相应于所述电梯运行数据的数据符号组之内的每个数据符号调制到多个正交子载波上；且
其中通过无线接口在所述第一和第二无线通信单元之间发送调制的多个正交子载波。
2.根据权利要求1所述的电梯系统，其特征在于，所述第一无线通信单元设置在所述电梯轿厢的顶部上。
3.根据权利要求1所述的电梯系统，其特征在于，所述第二无线通信单元设置在所述井道之内或附近，可选地其中所述第二无线通信单元设置在所述井道的顶部处。
4.根据权利要求1所述的电梯系统，其特征在于，所述电梯轿厢包括布置成产生电梯运行数据的轿厢板。
5.根据权利要求1所述的电梯系统，其特征在于，所述控制器产生电梯运行数据。
6.根据权利要求1所述的电梯系统，其特征在于，包括多个电梯轿厢和/或多个井道。
7.根据权利要求1所述的电梯系统，其特征在于，包括多个控制器，可选地其中所述多个控制器连接到布置成控制所述多个控制器的群控制器。
8.根据权利要求1所述的电梯系统，其特征在于：在所述第一无线通信单元内的发送器和/或在所述第二无线通信单元内的发送器具有至少20dBm、优选地至少25dBm且最优选地至少27dBm的发送功率；和/或在所述第一无线通信单元内的接收器和/或在所述第二无线通信单元内的接收器具有至少-80dBm、例如至少-81dBm的灵敏度、且优选地具有至少-90dBm的灵敏度。
9.根据权利要求1所述的电梯系统，其特征在于，在使用来自下者组成的组的至少一种调制方案的情况下调制承载所述电梯运行数据的调制的子载波：二进制相移键控(BPSK)；正交相移键控(QPSK)；16状态的正交幅度调制(16-QAM)；和64状态的正交幅度调制(64-QAM)。
10.根据权利要求1所述的电梯系统，其特征在于，所述调制的子载波具有156.25kHz的子载波间隔上限，和/或其中最小信道带宽在1.0MHz和1.2MHz之间。
11.根据权利要求1所述的电梯系统，其特征在于，所述无线通信协议包含至少1.6µs的保护间隔持续时间。
12. 根据权利要求1所述的电梯系统，其特征在于，所述无线通信协议符合IEEE802.11p标准，可选地其中所述无线通信协议仅仅实现所述IEEE 802.11p标准的PHY和MAC层。
13. 一种用于在电梯系统中使用的无线通信系统，所述电梯系统包括可在井道内运动的电梯轿厢和布置成与所述电梯轿厢通信的控制器，其中所述无线通信系统包括：
用于与所述电梯轿厢一起使用的第一无线通信单元；和
用于与所述控制器一起使用的第二无线通信单元；
其中所述第一和第二无线通信单元布置成在使用无线通信协议的情况下交换电梯运行数据，其中在使用正交频分复用调制方案的情况下将在相应于所述电梯运行数据的数据符号组之内的每个数据符号调制到多个正交子载波上；且
其中通过无线接口在所述第一和第二无线通信单元之间发送调制的多个正交子载波。
14.一种运行电梯系统的方法，所述电梯系统包括可在井道内运动的电梯轿厢和布置成与所述电梯轿厢通信的控制器，其中所述方法包括：
提供用于与所述电梯轿厢一起使用的第一无线通信单元；
提供用于与所述控制器一起使用的第二无线通信单元；
在使用无线通信协议的情况下交换电梯运行数据，其中在使用正交频分复用调制方案的情况下将在相应于所述电梯运行数据的数据符号组之内的每个数据符号调制到多个正交子载波上；且
通过无线接口在所述第一和第二无线通信单元之间发送调制的多个正交子载波。
15.一种非暂时性计算机可读介质，包括指令，当由处理器运行时，所述指令使处理器实施运行电梯系统的方法，所述电梯系统包括可在井道内运动的电梯轿厢和布置成与所述电梯轿厢通信的控制器，其中所述方法包括：
提供用于与所述电梯轿厢一起使用的第一无线通信单元；
提供用于与所述控制器一起使用的第二无线通信单元；
在使用无线通信协议的情况下交换电梯运行数据，其中在使用正交频分复用调制方案的情况下将在相应于所述电梯运行数据的数据符号组之内的每个数据符号调制到多个正交子载波上；且
通过无线接口在所述第一和第二无线通信单元之间发送调制的多个正交子载波。
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