DE202004006693U1

DE202004006693U1 - Einrichtung zur Übermittlung von Kommunikationssignalen innerhalb eines Eisenbahnzuges

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Publication number: DE202004006693U1
Application number: DE200420006693
Authority: DE
Original assignee: Hoermann Funkwerk Koelleda GmbH
Current assignee: Hoermann Funkwerk Koelleda GmbH
Priority date: 2004-04-26
Filing date: 2004-04-26
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2014-04-27
Also published as: AT8605U1

Abstract

Einrichtung zur Übermittlung von Kommunikationssignalen innerhalb eines Eisenbahnzuges oder einer Lokomotive zwischen einer Zentralstation und mindestens einer mit der Zentralstation durch Kabel verbundenen Nebenstation, wobei
– die Zentralstation und die Nebenstation zum Senden und/oder zum Empfangen analoger Signale ausgebildet sind,
– zur Ankopplung der Zentralstation und der Nebenstation an das Kabel jeweils Signalwandler vorgesehen sind, die in das Kabel gehende analoge Signale in digitalisierte Signale und aus dem Kabel kommende digitalisierte Signale in analoge Signale wandeln, so daß die Signale in digitalisierter Form durch das Kabel von der Zentralstation zur Nebenstation und umgekehrt übertragen werden, und
– bei jedem Signalwandler die Anzahl der stationsseitigen Ein- und Ausgänge für die analogen Signale größer ist als die Anzahl der kabelseitigen Ein- und Ausgänge für die digitalisierten Signale.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Übermittlung von Kommunikationssignalen innerhalb eines Eisenbahnzuges oder einer Lokomotive zwischen einer Zentralstation und mindestens einer mit der Zentralstation durch Kabel verbundenen Nebenstation, wobei die Zentralstation und die Nebenstation zum Senden und/oder zum Empfangen analoger Signale ausgebildet sind.
Eisenbahnen sind mit drahtgebundenen Kommunikationseinrichtungen ausgestattet. Diese dienen dem Dienstpersonal zum Austausch von Sprach- und Bildinformationen untereinander oder auch zur Übermittlung von Sprach- und Bildinformationen vom Dienstpersonal an Fahrgäste. Die Übertragung kann innerhalb einer Lokomotive, innerhalb eines Eisenbahnzuges von der Lokomotive zu den Wagons oder von Wagon zu Wagon vorgesehen sein.
Nach Stand der Technik werden diesbezüglich Gerätegruppen genutzt, die zur Übermittlung der Informationen auf Basis analoger Signale per Kabel ausgelegt sind. Die Übertragungskapazität der Kabel ist dabei der Informationsmenge angepaßt, die in der Vergangenheit zu übertragen war.
Mit fortschreitender Entwicklung der Eisenbahntechnik einerseits und mit zunehmendem Informationsbedarf im Zusammenhang mit moderner Eisenbahntechnik nimmt auch die zu übertragende Informationsmenge zu. Daher besteht das Bedürfnis, die in den Zügen noch vorhandenen Zentral- und Nebenstationen älterer Generationen gegen weiterentwickelte, moderne Geräten auszutauschen, die in der Lage sind, nicht nur Sprachinformationen in höherer Qualität, sondern auch Bildinformationen zu übertragen, wobei an die Bilddarstellung zunehmend Qualitätsansprüche gestellt werden.
Ein stets wiederkehrendes Problem bei der Umrüstung der entsprechenden technischen Baugruppen liegt darin begründet, daß einerseits die Übertragungskapazität der in den Zügen vorhandenen Verkabelung den höheren Anforderungen nicht mehr genügt, andererseits eine Neuverlegung von Kabeln sehr aufwendig und daher kostenintensiv ist.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, innerhalb eines Eisenbahnzuges oder einer Lokomotive unter Beibehaltung der vorhandenen Kabel einen höheren Durchsatz an gesendeten und empfangenen Informationen zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Ankopplung analoger Sende- und Empfangsstationen an das Kabel jeweils über Signalwandler erfolgt, welche die zu sendenden, in das Kabel gehenden Signale in digitalisierte Signale und die zu empfangenden, aus dem Kabel kommenden digitalisierten Signale in analoge Signale wandeln, so daß die Signale in digitalisierter Form durch das Kabel übertragen werden. Dabei ist bei den Signalwandlern die Anzahl der jeweils mit einer Sende- und Empfangsstation verbundenen Ein- und Ausgänge für die analogen Signale größer als die Anzahl der mit dem Kabel verbundenen Ein- und Ausgänge für die digitalisierten Signale.
Damit wird mit einer begrenzt zur Verfügung stehenden Anzahl von Leitungen innerhalb eines Kabels dem erhöhten Informationsfluß Rechnung getragen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Signalwandler sind auf der Anschlußseite der jeweiligen Sende- und Empfangsstation, also auf der Anschlußseite der Zentral- bzw. Nebenstation, zwei Eingänge für analoge Empfangssignale und zwei Ausgänge für analoge Sendesignale in symmetrischer Schaltung mit insgesamt acht Leitungen vorgesehen.
Dagegen ist jeder Signalwandler kabelseitig mit zwei Leitungen des Kabels verbunden, durch welche die Informationen in vorteilhafter Weise gleichzeitig bidirektional übertragen werden können. Diese beiden Leitungen sollten paarig verseilt und geschirmt ausgeführt sein.
In der Regel handelt es sich bei den zwischen den Sende- und Empfangsstationen auszutauschenden Signalen um Niederfrequenzsignale im Frequenzbereich bis zu 3400 Hz.
Jeder der Signalwandler besteht im wesentlichen aus zwei Codier-/Decodier-Einrichtungen und einem digitalen Zweidrahtinterface. Jeweils ein Eingang einer Codier-/Decodier-Einrichtung ist mit einem Ausgang der angeschlossenen Sende- und Empfangsstation und jeweils ein Ausgang der Codier-/Decodier-Einrichtung ist mit einem Eingang dieser Sende- und Empfangsstation verbunden. Innerhalb des Signalwandlers sind die beiden Codier-/Decodier-Einrichtungen mit dem Zweidrahtinterface verknüpft. Die Ein- und Ausgänge des Zweidrahtinterfaces stehen mit den beiden Leitungen des Kabels in Verbindung, so daß eine bidirektionale Übertragung über ein Leitungspaar erfolgt.
Vorteilhaft besteht jede der Codier-/Decodier-Einrichtungen aus einem Digital-/Analogwandler, einem Analog-/Digitalwandler und Filtern zur Vermeidung von Störungen sowie zur Berücksichtigung des Sample-Theorems.
Das digitale Zweidrahtinterface umfaßt vorteilhaft eine Scrambling-Schaltung, eine Leitungscodierung, bevorzugt in 2B1 Q-Ausführung, und einen adaptiven Filter, der zugleich eine Gabelfunktion zur Reduzierung von 4-Draht auf 2-Draht realisiert. Beispielsweise kann als digitales Zweidrahtinterface eine U_k0-Schnittstelle eines ISDN-Gerätes verwendet werden.
Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Signalwandler besteht darin, in den Signalweg zwischen dem Zweidrahtinterface und dem Kabel eine Phantomschaltung einzuordnen, die zur Beaufschlagung der beiden zur Übertragung der digitalisierten Signale vorgesehenen Leitungen des Kabels mit einer Spannungspotentialdifferenz ausgebildet ist.
Die Spannungspotentialdifferenz entspricht einem Gleichstrom, für den die eine Leitung des Kabels zur Hin-, die andere Leitung zur Rückführung genutzt wird. So ist die Übertragung von Gleichspannungen bzw. -strömen möglich und kann so zur Speisung etwa von Telefonen, zur Signalisierung von Reset-Zuständen und ähnlichem genutzt werden. Vorteilhafter Weise ist dabei anhand der Stromrichtung feststellbar, ob die eine oder andere Sende- und Empfangsstation bzw. die Zentralstation oder die Nebenstation das entsprechende Signal generiert hat.
Ein wesentlicher Vorteil der Phantomschaltung besteht demzufolge darin, daß die Übertragung von zusätzlichen Signalen möglich ist, deren Frequenz unter der unteren Grenzfrequenz der für die Sprach- und Bildübertragung vorgesehenen Sende- und Empfangssignale liegt.
Die Phantomschaltung kann in Form eines Übertragers ausgebildet sein, so daß damit zusätzlich die galvanische Trennung zwischen den Sende- und Empfangsstationen und dem Kabel erzielt wird.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen
1 die erfindungsgemäße Anordnung in einer Prinzipdarstellung,
2 das Blockschaltbild eines Signalwandlers, der in den Signalweg zwischen einer als Zentralstation dienenden Sende- und Empfangsstation und dem Kabel eingeordnet ist,
3 das Blockschaltbild eines Signalwandlers, der in den Signalweg zwischen einer als Nebenstation dienenden Sende- und Empfangsstation und dem Kabel eingeordnet ist,
4 die Ausführung eines digitalen Zweidrahtinterfaces innerhalb eines Signalwandlers,
5 die Prinzipdarstellung einer in den Signalweg zwischen dem Zweidrahtinterface und dem Kabel eingeordneten Phantomschaltung.
Aus 1 ist das Prinzip der erfindungsgemäßen Anordnung ersichtlich. Hier sind eine Zentraleinheit 1 und eine Nebenstation 2, jeweils ausgeführt zum Senden und Empfangen analoger, der Kommunikation innerhalb eines Eisenbahnzuges dienender Signale, über ein Kabel 3 mit einander verbunden. Die Zentraleinheit 1 befindet sich beispielsweise am Leitstand in der Lokomotive, die Nebenstation 2 im Triebkopf des gegenüberliegenden Endes des Zuges oder in einem Wagon.
Zur Übertragung seien Sprachinformationen und Informationen über RESET-Zustände vorgesehen.
Um die mittels neuer, moderner Sendegeräte in großer Menge generierten analogen Sprachsignale über ein vorhandenes Kabel übertragen zu können, das eine verhältnis mäßig geringe Übertragungskapazität in Bezug auf analoge Signale hat, ist erfindungsgemäß zwischen die Zentraleinheit 1 und das Kabel 3 ein Signalwandler 4.1 und zwischen die Nebenstation 2 und das Kabel 3 ein Signalwandler 4.2 geschaltet.
Die Signalwandler 4.1 und 4.2 dienen dazu, die von der jeweils angekoppelten Station ausgesendeten analogen Signale in digitalisierte Signale zu wandeln, bevor sie in das Kabel geleitet werden. Umgekehrt werden die durch das Kabel hindurch in digitalisierter Form übertragenen Signale mittels der Signalwandler 4.1 und 4.2 in analoge Signale gewandelt und als Empfangssignale zu der jeweils angekoppelten Station geleitet.
Bei der Modernisierung eines Eisenbahnzuges durch Umrüstung der Kommunikationsmittel werden unter Anwendung der vorliegenden Erfindung jeweils die Zentraleinheit 1 , die Nebenstation 2 sowie die Signalwandler 4.1 und 4.2 neu installiert, während das vorhandene Kabel 3 weiterhin genutzt wird.
2 zeigt den Signalwandler 4.1 als Blockschaltbild.
Hier ist zu erkennen, daß zur Kommunikation der Zentralstation 1 mit der Nebenstation 2 ausschließlich auf Basis analoger Signale ein Kabel mit mindestens vier Leitungspaaren 5a/5b, 6a/6b, 7a/7b und 8a/8b erforderlich wäre, wobei über das Leitungspaar 5a/5b beispielsweise ein AudioTxl-Signal, über das Leitungspaar 6a/6b ein AudioRx-Signal, über das Leitungspaar 7a/7b ein AudioTx2-Signal und über das Leitungspaar 8a/8b ein RESET-Signal zu übertragen wären. Hierbei steht AudioTxl für die Audiosignaleinspeisung auf der Sendeseite, beispielhaft in einen Kanal 1 , AudioTx2 für die Audiosignaleinspeisung auf der Sendeseite, beispielhaft in einen Kanal 2, und AudioRx für Audiosignalauskopplung auf der Empfangsseite.
Die Leitungspaare sind in der hierfür erforderlichen Anzahl jedoch meist nicht vorhanden oder werden für andere Zwecke benötigt. Um den Signalfluß der begrenzt vorhandenen Anzahl von Leitungen anzupassen, erfolgt mit dem Signalwandler 4.1 die Wandlung der in den vier Leitungspaaren 5a/5b, 6a/6b, 7a/7b und 8a/8b geführten analogen Signale in digitalisierte Signale, die dann über ein Leitungspaar 11a/11b übertragen werden, das Teil des Kabels 3 ist.
Dazu weist der Signalwandler 4.1 zwei Codier-/Decodier-Einrichtungen 9.1 und 9.2 sowie ein digitales Zweidrahtinterface 10 auf. Optional ist zwischen den Ausgang des digitalen Zweidrahtinterfaces 10 und das Leitungspaar 11a/11b eine Phantomschaltung 12 eingeordnet.
An dem durch Pfeilrichtung kenntlich gemachtem Eingang der Codier-/Decodier-Einrichtung 9.1 liegt das Leitungspaar 5a/5b, am ebenfalls mit Pfeilrichtung markierten Ausgang der Codier-/Decodier-Einrichtung 9.1 das Leitungspaar 6a/6b an. Das Leitungspaar 7a/7b ist auf den Eingang der Codier-/Decodier-Einrichtung 9.2 gelegt.
Die beiden Codier-/Decodier-Einrichtungen 9.1 und 9.2 stehen mit dem digitalen Zweidrahtinterface 10 in Verbindung, das beispielsweise eine Scrambling-Funktion, eine Leitungscodierung, bevorzugt 2B1Q, einen adaptiven Filter, der zugleich eine Gabelfunktion zur Reduzierung von 4-Draht auf 2-Draht realisiert.
Als Codier-/Decodier-Einrichtungen 9.1 und 9.2 können an sich bekannte Standard-Codec-Schaltkreise verwendet werden. Als digitales Zweidrahtinterface 10 kann vorteilhaft ein U_k0-Interfaceschaltkreis aus der ISDN-Technik genutzt werden. Die hier gewählte Schaltungsanordnung wird ohne Controller realisiert.
Auf die hier beschriebene Weise sind über das Leitungspaar 11a/11b unabhängig voneinander Sprachinformationen in beide Richtungen übertragbar.
Die Phantomschaltung 12 dient einerseits dazu, den aus den Codier-/Decodier- Einrichtungen 9.1 und 9.2 sowie dem digitalen Zweidrahtinterface 10 bestehenden elektronischen Teil der Anordnung galvanisch vom Kabel 3 zu trennen, andererseits wird die Phantomschaltung 12 zur Anschaltung eines RESET-DRIVE-Signals über das Leitungspaar 8a/8b genutzt. Es handelt sich dabei im Prinzip um eine Stromschnittstelle mit einer verhältnismäßig geringen Stromstärke von beispielsweise maximal 55 mA.
Die beiden Ausgänge der Phantomschaltung 12 stehen mit dem Leitungspaar 11a/11b in Verbindung.
3 zeigt den Signalwandler 4.2, ebenfalls im Blockschaltbild. Zu erkennen ist, daß der Signalwandler 4.2 sinngemäß aufgebaut ist wie der Signalwandler 4.1 , nämlich bestehend aus zwei Codier-/Decodier-Einrichtungen 9.1, 9.2, einem digitalen Zweidrahtinterface 10 und einer Phantomschaltung 12.
In dem in 1 dargestellten Prinzip der Verbindung zwischen einer Zentralstation 1 und einer Nebenstation 2 hat beispielsweise der Signalwandler 4.1 Master-Funktion, der Signalwandler 4.2 Slave-Funktion.
Die über das Leitungspaar 11a/11b in digitalisierter Form zu übertragenden Signale laufen über die Phantomschaltung 12 zum digitalen Zweidrahtinterface 10 und von dort in die beiden Codier-/Decodier-Einrichtungen 9.1 und 9.2.
Die Codier-/Decodier-Einrichtungen 9.1 und 9.2 sind mit der Nebenstation 2 verbunden. Dabei liegt ein Ausgang der Codier-/Decodier-Einrichtung 9.1 an dem Leitungspaar 6a'/6b', ein Eingang der Codier-/Decodier-Einrichtung 9.1 an dem Leitungspaar 5a'/5b' und ein Ausgang der Codier-/Decodier-Einrichtung 9.2 an dem Leitungspaar 7a'/7b' an. Außerdem ist die Phantomschaltung 12 mit dem Leitungspaar 8a'/8b' verbunden.
Auf diese Weise gelingt es der Aufgabe der Erfindung entsprechend, die gesamte Informationsmenge mittels eines einzigen Leitungspaares 11a/11b von der Zentralstation 1 zur Nebenstation 2 bzw. umgekehrt zu übertragen.
Der 4 ist beispielhaft eine Ausgestaltung des digitalen Zweidrahtinterface 10 zu entnehmen.
5 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Phantomschaltung 12, die im wesentlichen in Form eines Übertragers unter Einbeziehung einer Mitteneinspeisung ausgestaltet ist. Die Phantomschaltung 12 im Signalwandler 4.1 ist mit dem Leitungspaar 8a/8b, die Phantomschaltung 12 im Signalwandler 4.2 mit dem Leitungspaar 8a'/8b' verbunden.

1: Zentralstation
2: Nebenstation
3: Kabel
4.1, 4.2: Signalwandler
5a/5b, 6a/6b,
7a/7b, 8a/8b: Leitungspaare
9.1, 9.2: Codier-/Decodier-Einrichtungen
10: digitales Zweidrahtinterface
11a/11b: Leitungspaar
12: Phantomschaltung

Claims

Einrichtung zur Übermittlung von Kommunikationssignalen innerhalb eines Eisenbahnzuges oder einer Lokomotive zwischen einer Zentralstation und mindestens einer mit der Zentralstation durch Kabel verbundenen Nebenstation, wobei – die Zentralstation und die Nebenstation zum Senden und/oder zum Empfangen analoger Signale ausgebildet sind, – zur Ankopplung der Zentralstation und der Nebenstation an das Kabel jeweils Signalwandler vorgesehen sind, die in das Kabel gehende analoge Signale in digitalisierte Signale und aus dem Kabel kommende digitalisierte Signale in analoge Signale wandeln, so daß die Signale in digitalisierter Form durch das Kabel von der Zentralstation zur Nebenstation und umgekehrt übertragen werden, und – bei jedem Signalwandler die Anzahl der stationsseitigen Ein- und Ausgänge für die analogen Signale größer ist als die Anzahl der kabelseitigen Ein- und Ausgänge für die digitalisierten Signale.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Signalwandler stationsseitig zwei Eingänge und zwei Ausgänge für die analogen Signale aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Signalwandler kabelseitig zwecks gleichzeitiger bidirektionaler Übertragung der digitalisierten Signale mit zwei Leitungen des Kabels verbunden ist.
Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leitungen paarig verseilt und geschirmt ausgeführt sind.
Einrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die analogen Signale Niederfrequenz-Signale im Frequenzbereich bis zu 3400 Hz sind.
Einrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Signalwandler im wesentlichen – zwei Codier-/Decodier-Einrichtungen und ein digitales Zweidrahtinterface umfaßt, wobei – die Ein- und Ausgänge der Codier-/Decodier-Einrichtungen mit der Zentralstation bzw. der Nebenstation verbunden sind, – die Codier-/Decodier-Einrichtungen mit dem Zweidrahtinterface verknüpft sind und – die Ein- und Ausgänge des Zweidrahtinterface mit dem Kabel verbunden sind.
Einrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Codier-/Decodier-Einrichtungen jeweils aus einem Digital-/Analog-Wandler, einem Analog-/Digital-Wandler und Filtern zur Vermeidung von Störungen bestehen.
Einrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Zweidrahtinterface (10) eine Scrambling-Schaltung, eine Leitungskodierung, bevorzugt in 2B1Q-Ausführung, und einen adaptiven Filter umfaßt, der zugleich eine Gabelfunktion zur Reduzierung von 4-Draht auf 2-Draht realisiert.
Einrichtung nach einem Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den Signalweg zwischen dem Zweidrahtinterface und dem Kabel eine Phantomschaltung eingeordnet ist, die zur Beaufschlagung der beiden zur Übertragung der digitalisierten Signale vorgesehenen Leitungen des Kabels mit einer Spannungspotentialdifferenz ausgebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Phantomschaltung mit einer Funktion zur Übertragung von zusätzlichen Signalen ausgestattet ist, deren Frequenz unter der unteren Grenzfrequenz der Signale liegt, die über das Zweidrahtinterface übertragen werden.
Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Signale zur Information über RESET-Zustände dienen, wobei anhand der Stromrichtung feststellbar ist, ob die Zentralstation oder die Nebenstation das entsprechende Signal generiert hat.
Einrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit den digitalisierten Signalen Sprachinformationen übertragen werden.