DE102006014326B4

DE102006014326B4 - System und Verfahren zum funkbasierten Informationsaustausch zwischen wegseitigen Einrichtungen und sich entlang einer Fahrstrecke bewegenden Fahrzeugen, insbesondere eines Bahnsystems

Info

Publication number: DE102006014326B4
Application number: DE102006014326A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kister
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2012-08-09
Anticipated expiration: 2026-03-24
Also published as: WO2007107424A1; CN101395054B; CN101395054A; TW200746861A; KR101361563B1; KR20080110855A; TWI414156B; DE102006014326A1

Abstract

System zum funkbasierten Informationsaustausch zwischen wegseitigen Einrichtungen (6) und sich entlang einer Fahrstrecke bewegenden Fahrzeugen (1, 2), mit einem aus Funkzellen gebildeten Funknetz, über das die an der Fahrstrecke fest angeordneten wegseitigen Einrichtungen (6) Informationen mit in den Fahrzeugen (1, 2) angeordneten fahrzeugseitigen Einrichtungen (4a) austauschen, wobei die Funkreichweite einer wegseitigen Einrichtung (6) jeweils die Funkzelle dieser Einrichtung (6) definiert, und wobei die Funkzellen von jeweils zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten wegseitigen Einrichtungen (6) einander überlappen und wobei die in Fahrtrichtung eines Fahrzeugs (1, 2) gesehen hintereinander angeordneten Funkzellen beim Durchfahren gewechselt werden, indem im Überlappungsbereich (A, B) zweier wegseitiger Einrichtungen (6) von der fahrzeugseitigen Einrichtung (4a) eine Funkverbindung mit der wegseitigen Einrichtung (6) der unmittelbar nachfolgenden Funkzelle aufgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Ort (18, 19, 22) zum Wechseln der Funkzelle anhand von beim Durchfahren dieser Fahrstrecke von vorausfahrenden Fahrzeugen (2) und/oder früheren Durchfahrten...

Description

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum funkbasierten Informationsaustausch zwischen wegseitigen Einrichtungen und sich entlang einer Fahrstrecke bewegenden Fahrzeugen, insbesondere eines Bahnsystems, gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 9.
Es ist bekannt, Informationen zwischen fest angeordneten Einrichtungen und Fahrzeugen eines Bahnsystems mittels Funkübertragung auszutauschen. Das Funknetz zum Datenaustausch besteht dabei aus einzelnen Funkzellen, welche durch die Funkreichweite der fest angeordneten Einrichtungen definiert sind. Um den Übergang von einer Funkzelle zur unmittelbar benachbarten nächsten Funkzelle sicherzustellen, sind die Abstände der festen Einrichtungen so gewählt, dass sich jeweils unmittelbar benachbarte Funkzellen überlappen. Für einen kontinuierlichen Datenaustausch müssen die Fahrzeuge des Bahnsystems jeweils die Funkzellen wechseln, d. h. den Funkbetrieb mit einer Einrichtung auf die unmittelbar nachfolgende Einrichtung umstellen. Dies geschieht im Überlappungsbereich, da in diesem Bereich ein funkbasierter Informationsaustausch mit beiden Einrichtungen möglich ist. In diesem Bereich lässt sich der Funkkontakt mit der unmittelbar nachfolgenden Funkzelle aufbauen, ohne dass der Funkkontakt mit der aktuellen Funkzelle bereits abgebaut ist.
Ein System gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der veröffentlichten europäischen Patentanmeldung EP 0 578 076 A1 bekannt.
Die internationale Patentanmeldung WO 01/19108 A1 beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung der Versorgungsqualität in einem Telekommunikationsnetz. Dabei wird eine zu erwartende Versorgungsqualität entlang einer zu fahrenden Strecke anhand einer in einem Mobiltelekommunikationsendgerät vorhandene Versorgungskarte ermittelt. Bei dem bekannten Verfahren wird die Versorgungskarte dafür verwendet, die optimale Sendezeit zur Übertragung eines großen Datenblocks zu ermitteln oder zu bestimmen, welches von mehreren zur Auswahl stehenden Mobilfunknetzen zum jeweiligen Zeitpunkt die beste Versorgung entlang der gefahrenen Strecke gewährleistet.
Aus der veröffentlichten internationalen Patentanmeldung WO 02/47423 A2 ist ein Verfahren bekannt, bei dem hinsichtlich des Zeitpunkts, zu dem ein Handover eingeleitet wird, in Abhängigkeit von der jeweiligen Signalqualität die Wahrscheinlichkeit dafür berücksichtigt wird, dass eine Mobilstation einen Wechsel zu einer anderen Funkzelle vornehmen wird.
Der Abstract zu dem Dokument JP 2000165312 A offenbart ein Verfahren zur sicheren beziehungsweise zuverlässigen Durchführung eines Handovers.
Nachteilig ist bei diesen bekannten Systemen, dass die Übertragungsqualitäten des Funkbetriebs entlang der Strecke von Ort zu Ort als auch von Zeit zu Zeit stärkeren Schwankungen unterliegen können, so dass es beim Übergang von einer Funkzelle zu einer anderen zu Funkunterbrechungen kommen kann. Insbesondere können bauliche Besonderheiten oder elektromagnetisch wirksame Anlagen den Feldstärke- oder Fehlerratenverlauf entlang einer Fahrstrecke beeinflussen. Derartige Einflüsse können langfristig stabil sein (z. B. bedingt durch die Säulenkonstruktion innerhalb eines Bahnhofs) oder sich schnell ändern (z. B. Wettereinflüsse oder temporäre Abschattung durch eine Zugvorbeifahrt). Dabei ist die Funkübertragung entlang einer Bahnstrecke auch dadurch veränderlich, dass Reflexionen insbesondere in Tunneln und verschiedenartige andere statische und dynamische Störeinflüsse vorhanden sein können.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, sicherzustellen, dass der Übergang von einer Funkzelle zur nächsten unterbrechungsfrei und möglichst ohne Einschränkungen erfolgt, insbesondere auch bei geringen Bandbreitenreserven.
Die Lösung der Erfindung ist bezogen auf das System durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezogen auf das Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 9 gegeben; die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen.
Die Lösung sieht bezogen auf das System als auch auf das Verfahren vor, dass der Ort zum Wechseln der Funkzelle anhand von beim Durchfahren dieser Fahrstrecke von vorausfahrenden Fahrzeugen und/oder früheren Durchfahrten ermittelten örtlichen Übertragungswerten festgelegt wird und dass eine Korrektur des Zeitpunkts oder Orts für den Wechsel der Funkzelle anhand von operativen Daten des Bahnsystems erfolgt.
Zweckmäßigerweise wird die Übertragungsqualität von den erzielten örtlichen Übertragungswerten der Funkübertragung abgeleitet.
Vorteilhafterweise ist der Ort des Wechsels der Funkzelle der Ort, an dem die Übertragungswerte der beiden sich überlappenden Funkzellen gleich sind, weil dann regelmäßig eine ausreichende Übertragungsqualität vorliegt.
Dabei ist es zusätzlich von Vorteil, wenn der Ort des Wechsels der Ort ist, an dem in Fahrtrichtung gesehen der Übertragungswert der jeweils unmittelbar nachfolgenden Funkzelle zusätzlich zunimmt.
Insbesondere wird man diesen Ort wählen, wenn der Ort des Wechsels der Funkzelle der Ort ist, an dem in der Vergangenheit in Fahrtrichtung gesehen, der Übertragungswert der alten Funkzelle zusätzlich abnimmt.
Insbesondere wird man einen Ort auswählen, an dem die erwarteten Verläufe der Übertragungswerte beispielsweise eines der obigen Kriterien dauerhaft erfüllen, wobei die Erwartungswerte auf längerfristig gesammelten und mit statistischen Mitteln und/oder erfahrungsbasierten Verfahren bearbeiteten oder ermittelten Übertragungswerten beruhen.
Als Übertragungswert kommen vorzugsweise die örtlich gemessene Empfangsfeldstärke und/oder die Übertragungsfehlerrate und/oder die effektiv nutzbare Bandbreite und/oder der Signal-Rauschabstand in Frage.
Weiter ist es vorgesehen, den Zeitpunkt und/oder den Ort des Funkzellenwechsels anhand von operativen Daten des Bahnsystems zusätzlich zu korrigieren.
So ist die Korrektur beispielsweise vorteilhaft, wenn sich am Ort des Wechsels der Funkzelle zum Zeitpunkt des Wechsels ein Fahrzeug im Gegenverkehr befindet und somit die Übertragungswerte verschlechtert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines ersten Systems zum funkbasierten Informationsaustausch und
2 ein entsprechendes zweites System in einer schematischen Darstellung.
1 zeigt einen Ausschnitt aus einem System zum funkbasierten Informationsaustausch in einer schematischen Darstellung, bei dem sich Fahrzeuge 1, 2 eines Bahnsystems entlang einer Fahrstrecke (in Pfeilrichtung 3) bewegen. Jedes Fahrzeug 1, 2 besitzt zur Kommunikation mindestens einen zugseitigen Kommunikationsrechner 4, der wiederum über mindestens eine Sende- und Empfangseinrichtung 5 verfügt.
Entlang der Fahrstrecke sind weiter mindestens einen Kommunikationsrechner umfassende wegseitige Einrichtungen 6 vorhanden, die zur Kommunikation mit den zu fahrzeugseitigen Einrichtungen 4a gehörenden Kommunikationsrechnern 4, d. h. über deren Sende- und Empfangseinrichtungen 5, ebenfalls Sende- und Empfangseinrichtungen 7 aufweisen.
Der Informationsaustausch zwischen den wegseitigen Sende- und Empfangseinrichtungen 7 und den fahrzeugseitigen Sende- und Empfangseinrichtungen 5 erfolgt mittels Funk, d. h. dem Senden und Empfangen von Funkwellen. Dabei definiert die Reichweite der wegseitigen Sende- und Empfangseinrichtungen 7 jeweils eine Funkzelle. Der Abstand der wegseitigen Sende- und Empfangseinrichtungen 7 ist hierbei so gewählt, dass sich die Funkzellen unmittelbar benachbarter Sende- und Empfangseinrichtungen 7 überlappen. Die Überlappungsbereiche A, B sind in 1 in ihrer Breite zur Verdeutlichung etwas übertrieben dargestellt.
Der Überlappungsbereich A ist der Bereich, in dem das Fahrzeug 1 sowohl mit der bezogen auf die 1 mittleren Sende- und Empfangseinrichtung 7 als auch mit der rechten Sende- und Empfangseinrichtung 7 kommunizieren kann. Entsprechend kann das Fahrzeug 2 mit der linken Sende- und Empfangseinrichtung 7 als auch mit der mittleren Sende- und Empfangseinrichtungen 7 kommunizieren. Diese Kommunikation ist in 1 mittels der Linien 8, 9, 10, 11 schematisch dargestellt.
Die Überlappungsbereiche A, B dienen dazu, dass die Fahrzeuge 1, 2 sicher von einer Funkzelle zur nächsten unmittelbar nachfolgenden Funkzelle umschalten können, d. h. das Fahrzeug 1 schaltet im Überlappungsbereich A von der rechten Sende- und Empfangseinrichtung 7 auf die mittlere Empfangseinrichtung 7 um. Diese Umschaltung ist in der 1 durch den Pfeil 12 schematisch angezeigt. In der 1 hat das Fahrzeug 1 die Kommunikationsverbindung 8 bereits getrennt (gestrichelte Linie), nachdem es vorher auf die Kommunikationsverbindung 9 (durchgehende Linie) umgeschaltet hatte.
Entsprechendes gilt für das Fahrzeug 2, wobei hier der Pfeil 13 die Umschaltung anzeigt.
Im oberen Teil der 1 sind die Feldstärkeverläufe 14–16 dargestellt. So gehört der Feldstärkeverlauf 14 zur Sende- und Empfangseinheit 7 des rechten Kommunikationsrechners 6 und der Feldstärkeverlauf 15 zu der des mittleren Kommunikationsrechners 6. Entsprechend gehört der Feldstärkeverlauf 16 zur Sende- und Empfangseinheit 7 des in der 1 linken Kommunikationsrechners 6.
Die Feldstärkeverläufe 14–16 sind in den Kommunikationsrechnern 6, also dezentral, gespeichert und werden von dort an die Fahrzeuge 1, 2 übertragen, wobei jeder Kommunikationsrechner 6 zumindest den Feldstärkeverlauf 14–16 seiner Sende- und Empfangseinheit 7 kennt.
Fährt das Fahrzeug 1 in der 1 in Pfeilrichtung 3, so würde der Funkzellenwechsel üblicherweise an der Ortsposition 17 eingeleitet werden, weil die Feldstärke der mittleren Sende- und Empfangseinheit 7 die Feldstärke der rechten Sende- und Empfangseinheit 7 erstmalig überschreitet. Da dem Fahrzeug 1 aber die Feldstärkeverläufe 14, 15 im Überlappungsbereich A vom mittleren und rechten Kommunikationsrechner 6 übermittelt wurden, erfolgt der Funkzellenwechsel an der Ortsposition 18, da an diesem Punkt die Feldstärke nach einem Einbruch wieder größer und zusätzlich der Feldstärkeverlauf nachfolgend weiter ansteigend ist. Es ist selbstverständlich auch möglich, dass hier lediglich die Ortsposition 18 übermittelt wird.
Entsprechend erfolgt die Umschaltung für das Fahrzeug 2 an der Ortsposition 19 und nicht an der Ortsposition 20.
Die Feldstärkeverläufe 14–16 werden jeweils von den Fahrzeugen 1,2 ermittelt, die hierzu mit einer Feldstärke-Messeinrichtung ausgerüstet sind. Sie erfassen bei jeder Durchfahrt jeweils den Feldstärkeverlauf 14–16 der Sende- und Empfangseinheiten 7 und leiten diesen an die jeweiligen wegseitigen Einrichtungen 6 weiter.
2 zeigt ein ähnliches System wie 1 in schematischer Darstellung, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente bezeichnen. Allerdings unterscheiden sich die Feldstärkeverläufe 14, 16 in 2 von denen in 1. Weiter sind die wegseitigen Einrichtungen 6 mit einer Zentrale 21 verbunden, bei der beispielsweise das Fahrzeug 2 über die mittlere Einrichtung 6 nachfragen kann, welches die beste Ortsposition zum Funkzellenwechsel ist. Die Zentrale 21 würde hier die Ortsposition 22 übermitteln.
Nachträglich beurteilt das Fahrzeug 2 mittels seiner eigenen Feldstärke-Messeinrichtung, an welcher Ortsposition der Funkzellenwechsel anhand seiner Messungen hätte erfolgen müssen. Diese Information teilt das Fahrzeug 2 der Zentrale 21 mit. Dies erfolgt über die Kommunikationsverbindung 11 und die in 2 linke wegseitige Einrichtung 6. Die Zentrale 21 gleicht diese Information mit den bereits von anderen Fahrzeugen 1, 2 gemeldeten Ergebnissen hinsichtlich der besten Ortsposition 22 auf diesem Fahrstreckenabschnitt ab. So können andere nachfolgende Fahrzeuge eine möglicherweise aktualisierte Ortsposition 22 für den Funkzellenwechsel verwenden.
Es ist aber auch möglich, dass das entgegenkommende Fahrzeug 24 über die Kommunikationsverbindung 23 diese Ortsposition 22 direkt an das Fahrzeug 1 übermittelt.
Die Übertragungsqualität wird von den erzielten örtlichen Übertragungswerten abgeleitet, hier dem örtlichen Feldstärkeverlauf. Genauso kann aber auch die Übertragungsfehlerrate und/oder die effektiv nutzbare Bandbreite und/oder der Signal-Rauschabstand usw. als Übertragungswert zur Ableitung der Übertragungsqualität dienen.
Auch ist es vorgesehen, eine Korrektur der Übertragungswerte vorzunehmen, wenn dies anhand der operativen Daten des Bahnsystems möglich ist. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn sich am Ort des Wechsels der Funkzelle zum Zeitpunkt des Wechsels ein Fahrzeug 1, 2 im Gegenverkehr befindet. In diesem Falle wird Ort und/oder Zeit des Funkzellenwechsels entsprechend angepasst.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die Übertragungsqualitäten über einen längeren Zeitraum zu erfassen, um mit statistischen Mitteln die optimale Ortsposition (oder den Zeitpunkt bei bekannter Geschwindigkeit) für einen Wechsel der Funkzelle zur Verfügung zu haben.

Claims

System zum funkbasierten Informationsaustausch zwischen wegseitigen Einrichtungen (6) und sich entlang einer Fahrstrecke bewegenden Fahrzeugen (1, 2), mit einem aus Funkzellen gebildeten Funknetz, über das die an der Fahrstrecke fest angeordneten wegseitigen Einrichtungen (6) Informationen mit in den Fahrzeugen (1, 2) angeordneten fahrzeugseitigen Einrichtungen (4a) austauschen, wobei die Funkreichweite einer wegseitigen Einrichtung (6) jeweils die Funkzelle dieser Einrichtung (6) definiert, und wobei die Funkzellen von jeweils zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten wegseitigen Einrichtungen (6) einander überlappen und wobei die in Fahrtrichtung eines Fahrzeugs (1, 2) gesehen hintereinander angeordneten Funkzellen beim Durchfahren gewechselt werden, indem im Überlappungsbereich (A, B) zweier wegseitiger Einrichtungen (6) von der fahrzeugseitigen Einrichtung (4a) eine Funkverbindung mit der wegseitigen Einrichtung (6) der unmittelbar nachfolgenden Funkzelle aufgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Ort (18, 19, 22) zum Wechseln der Funkzelle anhand von beim Durchfahren dieser Fahrstrecke von vorausfahrenden Fahrzeugen (2) und/oder früheren Durchfahrten ermittelten örtlichen Übertragungswerten festgelegt wird und dass eine Korrektur des Zeitpunkts oder Orts (18, 19, 22) für den Wechsel der Funkzelle anhand von operativen Daten des Bahnsystems erfolgt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kenngröße der Übertragungsqualität von erzielten örtlichen Übertragungswerten abgeleitet wird.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ort (18, 19, 22) des Wechsels der Funkzelle der Ort ist, an dem die Übertragungswerte der beiden sich überlappenden Funkzellen gleich sind.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ort (18, 19, 22) des Wechsels der Ort ist, an dem in Fahrtrichtung gesehen der Übertragungswert der jeweils unmittelbar nachfolgenden Funkzelle zusätzlich zunimmt.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ort (18, 19, 22) des Wechsels der Funkzelle der Ort (18, 19, 22) ist, an dem in der Vergangenheit in Fahrtrichtung gesehen der Übertragungswert der alten Funkzelle zusätzlich abnimmt.
System nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ort (18, 19, 22) des Wechsels der Ort (18, 19, 22) ist, an dem die erwarteten Verläufe der Übertragungswerte beispielsweise eines der vorgegebenen Kriterien dauerhaft erfüllen, wobei die Erwartungswerte auf längerfristig ermittelten und mit statistischen Mitteln und/oder erfahrungsbasierten Verfahren bearbeiteten Übertragungswerten beruhen.
System nach einem der Ansprüche 2–6, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragungswert die örtlich gemessene Empfangsfeldstärke und/oder die Übertragungsfehlerrate und/oder die effektiv nutzbare Bandbreite und/oder der Signal-Rauschabstand ist.
System nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrektur erfolgt, wenn sich am Ort (18, 19, 22) des Wechsels der Funkzelle zum Zeitpunkt des Wechsels ein Fahrzeug im Gegenverkehr befindet.
Verfahren zum funkbasierten Informationsaustausch zwischen wegseitigen Einrichtungen (6) und sich entlang einer Fahrstrecke bewegenden Fahrzeugen (1, 2), bei dem ein Funknetz aus Funkzellen gebildet ist, über welche die an der Fahrstrecke fest angeordneten wegseitigen Einrichtungen (6) Informationen mit in den Fahrzeugen (1, 2) angeordneten fahrzeugseitigen Einrichtungen (4a) austauschen, wobei die Funkreichweite einer wegseitigen Einrichtung (6) jeweils die Funkzelle dieser wegseitigen Einrichtung (6) definiert und wobei sich die Funkzellen von jeweils zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten wegseitigen Einrichtungen (6) überlappen, und bei dem die in Fahrtrichtung eines Fahrzeugs (1, 2) gesehen hintereinander angeordneten Funkzellen beim Durchfahren gewechselt werden, indem im Überlappungsbereich zweier wegseitiger Einrichtungen von der fahrzeugseitigen Einrichtung (6) zusätzlich eine Funkverbindung mit der wegseitigen Einrichtung (6) der unmittelbar nachfolgenden Funkzelle aufgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Ort (18, 19, 22) zum Wechseln der Funkzelle anhand von beim Durchfahren dieser Fahrstrecke von einem vorausfahrenden Fahrzeug (2) oder bei früheren Durchfahrten ermittelten örtlichen Übertragungsqualitäten festgelegt wird und dass eine Korrektur des Zeitpunkts oder Orts (18, 19, 22) für den Wechsel der Funkzelle anhand von operativen Daten des Bahnsystems erfolgt.