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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Synchronisation von im Zeitmultiplex arbeitenden, untereinander gleichberechtigten, autonomen Geberstationen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der DE-OS 24 49 660 ist ein derartiges Verfahren zum Fernsteuern von Lokomotiven, Entlade-Einrichtungen und ähnlichen sich bewegenden Objekten bekannt, bei dem die Synchronisation der einzelnen Geberstation dadurch erfolgt, daß aus einem von der Geberstation empfangenen Befehlstelegramm das beigefügte Identifikationsmerkmal aufgenommen und durch Vergleich mit einem eigenen Identifikationsmerkmal die Position im vorgegebenen Sendezyklus bestimmt wird.
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Nach Aufnahme eines Identifikationsmerkmals wird die Auswertung weiterer Informationsmerkmale gesperrt bis nach einer Zeit, die durch den Abstand der beiden Positionen innerhalb des Sendezyklus vorgegeben ist, die bisher auf Empfang geschaltete Geberstation gesendet hat.
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Aus der DE-AS 22 11 313 ist es ferner bekannt, in den einzelnen Geberstationen mit gestaffelten Zeitkonstanten versehene Zeitkreise vorzusehen, die dann selbsttätig auf ihre Nullstellung synchronisiert werden, wenn in den Geberstationen ein Tonfrequenz- Auswerter das Ende einer in jedem Befehlsblock vorhandenen Gruppe von bestimmten Tonfrequenzen erkennt und wenn gleichzeitig Feldstärke-Auswerter das Vorhandensein einer den Empfang eines Hochfrequenzträgers bestätigenden Empfangsfeldstärke feststellt. Um auf "Senden" geschaltet zu werden, muß der jeweilige Befehlsgeber warten, bis die Zeitkonstante seines Zeitkreises abgelaufen und zu diesem Zeitpunkt ein Hochfrequenzträger nicht vorhanden ist. Während bei dem erst genannten Verfahren lediglich die Zeit zwischen den beiden ermittelten Positionen zu warten ist, ehe gesendet werden kann, muß beim letztgenannten Verfahren der das gesamte Zeitraster umfassende Sendezyklus beendet sein, ehe das gewünschte Einordnen der Geberstation durchgeführt werden kann. Es bleibt daher relativ viel mögliche Sendezeit ungenutzt für eine Informationsübertragung.
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Die Synchronisation solcher Geberstationen wird auch dadurch erschwert, daß die zu steuernden mobilen Objekte und ihre Geberstationen während ihres Betriebs unterschiedliche Entfernungen von einander aufweisen, also im Hinblick auf ihre geringe Sendeleistung in oder ohne Funkkontakt miteinander sind, sowie durch fremde HF-Energie-Ausstrahlung gestört werden können.
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Die Synchronisation, also das in das vorbestimmte Zeitraster bringen der einzelnen Geberstationen eines Systems, kann auch dadurch gestört oder sogar ganz unmöglich gemacht werden, wenn zwischen einzelnen Geberstationen überhaupt kein Funkkontakt besteht, dieser jedoch für einige Geberstationen hergestellt wird, wenn gerade eine andere Geberstation sendet, die ihrerseits aber weiterhin mit der erwähnten Geberstation keinen Funkkontakt aufweist. Durch wechselseitiges Senden dieser beiden Geberstationen können von diesen gemeinsam erreichbare Geberstationen unter Umständen teilweise ständig gesperrt werden oder zumindest in dem Synchronisierungsprozeß so weit gestört werden, daß ein eindeutiges Einordnen der von den einzelnen Geberstationen auszusendenden Befehlstelegramme in ein eine sichere Befehlstelegramm-Übertragung ermöglichendes Zeitraster nicht möglich wird.
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Dies gilt umsomehr, wenn eine Vielzahl von Geberstationen innerhalb eines Systems vorhanden ist, die gruppenweise untereinander Funkkontakt haben, die Gruppen untereinander jedoch ohne Funkkontakt sind. Da für die Synchronisation keine Mutterstation vorhanden ist, bilden sich Systeme von in unterschiedlichen festen Zeitrastern arbeitenden Geberstationen, so daß beim Einschalten eines Senders einer Geberstation, die außerhalb des Einflußbereiches eines Systems liegt, oder aber beim Wechseln des Standortes einer Geberstation von einem System in ein anderes, erhebliche Synchronisationsprobleme auftreten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsbildende Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens derart weiterzubilden, daß auch bei Ortsveränderungen der Geberstationen derartiger Signalübertragungssysteme, bei Doppelempfang, also gleichzeitigem Empfang zweier noch in Funkkontakt stehender Geberstationen, ober beim Empfang von HF-Energie von Geberstationen, die in einem zum eigenen Zeitraster unterschiedlichen Zeitraster arbeiten, die sichere und schnelle Synchronisation der einzelnen Geberstationen mit einem möglichst geringen Bauaufwand gewährleistet ist.
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Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentsanspruches 4 gelöst.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung erfolgt nicht nur eine Synchronisation der empfangenen Geberstationen bereits innerhalb des gerade ablaufenden Systemzyklus, sondern auch ein nach Art einer Kettenreaktion arbeitendes Umsynchronisieren einer Gruppe von Geberstationen, sobald die erste Geberstation umsynchronisiert worden ist. Wartezeiten zum Null-Stellen und Wiederanlaufen von Zeitkreisen entfallen, so daß ein dichter Informationsfluß zwischen jeder einzelnen Geberstation und jedem der von dieser gesteuerten Objekte sowie ein großräumiges Arbeiten mit Hilfe solcher Befehlsübertragungssystemen erstmals möglich wird.
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Die Feststellung, ob die empfangene Geberstation im Zeitraster ist oder nicht und gegebenenfalls die Einordnung in ein vorgegebenes Zeitraster erfolgt durch interne Maßnahmen innerhalb jeder Geberstation und wird bereits eindeutig, wenn nur zwei Geberstationen untereinander Funkkontakt haben. Diese Synchronisation erfolgt auch dann, wenn eine mit den bereits synchronisierten Geberstationen bisher nicht in Funkkontakt stehende Geberstation in den bestehenden Sendezyklus "einbricht"; eine Synchronisation findet hierbei zwangslos statt, da bereits bei Aufnahme des ersten Funkkontaktes die Geberstation bei fehlender Synchronisation intern synchronisiert und in den jeweiligen Sendezyklus nahtlos eingefügt wird. Hierzu wird der die synchron liegenden Geberstationen aufnehmende Speicher am Ende eines jeden Sendezyklus gelöscht und wird der die asynchron liegenden Geberstationen aufnehmende Speicher nur dann gelöscht, wenn keine asynchron liegende Geberstation mehr empfangen wird.
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Bei Synchronisation auf einen anderen Sendezyklus kann beim Aussenden des nächsten Befehlstelegrammes ein Sonderbefehl mit ausgesendet werden, durch den alle empfangenen Geberstationen gezwungen werden, ihren Sendezyklus dem Sendezyklus der den Sonderbefehl aussendenden Geberstation anzupassen. Auf diese Weise wird erreicht, daß eine kleinere Gruppe von Geberstationen oder eine einzelne Geberstation jeweils von der Gruppe mit der größeren Anzahl von Geberstationen umsynchronisiert wird, so daß ein planloses Hin- und Hersynchronisieren verhindert wird.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben:
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Es zeigt
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Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Gruppe von n Geber- und Empfangsstationen;
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Fig. 2 den ebenfalls als Blockschaltbild dargestellten Schaltungsaufbau einer der in Fig. 1 dargestellten Geberstationen;
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Fig. 3 ein Pulsdiagramm für fünf Geberstationen eines auf der gleichen Sendefrequenz arbeitenden Übertragungssystems und
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Fig. 4 ein Pulsdiagramm eines von einer Geberstation ausgesendeten Befehlstelegrammes.
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Jede Geberstation A bis N eines auf einer einzigen Sendefrequenz im Zeitmultiplex arbeitenden Übertragungssystems weist, wie Fig. 1 zeigt, auf seiner Eingabeseite eine Dateneingabe-Vorrichtung 1, einen Parallel-Serien-Umsetzer 2 und einen HF-Sender 3 auf, der mit einer Sendeantenne 4 verbunden ist. Empfangsseitig weist jede Geberstation einen mit einer Empfangsantenne 5 verbundenen HF-Empfänger 6 und einen Serien-Parallel-Umsetzer 7 auf. Ferner ist eine Steuereinheit 8 vorgesehen, die eingangsseitig sowohl mit dem Serien-Parallel-Umsetzer 7 als auch mit der Dateneingabe-Vorrichtung 1 verbunden ist, während sie ausgangsseitig den HF-Sender 3 steuert.
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Die in fernzusteuernden, sich bewegenden Objekten angeordneten Empfängerstationen A-N weisen jeweils einen, mit einer Empfangsantenne 11 versehenen HF-Empfänger 12 und einen Serien-Parallel- Umsetzer 13 auf, der mit einem Befehlsteil 14 und einer Adressenauswerte-Einrichtung 15 verbunden ist. Über das Befehlsteil 14 wird die Ausführung des auf dem fernzusteuernden Objekt, zum Beispiel einer Lokomotive, durchzuführenden Befehls, beispielsweise die Schaltung eines Schützes, bewirkt.
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Alle Geber- und Empfangsstationen haben jeweils den gleichen Schaltungsaufbau. Die Zahl der bei einer Übertragungsfrequenz arbeitenden Geber- und Empfangsstationen eines Übertragungssystems ist im Prinzip nicht beschränkt, im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind lediglich fünf Geber- und Empfangsstationen vorgesehen.
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Damit diese Geberstationen den ihnen zugeordneten Empfangsstationen auf der gleichen Sendefrequenz Befehle, Daten und ähnliche Signale übermitteln können, ist jedem Sender einer jeden Geberstation eine bestimmte konstante Übertragungszeit innerhalb eines Zeitrasters zugeteilt, während der der Zustand der Dateneingabe- Vorrichtung 1 abgetastet und auf die Empfangsstation des fernzusteuernden Objektes als Informationsblock übertragen wird. Eine Übertragung t Ü erfolgt also, wie Fig. 3 zeigt, zyklisch in genau festgelegten Zeitabständen, wobei sowohl die Übertragungszeit als auch die zwischen zwei Übertragungen liegende Pausenzeit konstant ist. Die Pausenzeit richtet sich nach der Anzahl der zu einem System gehörenden Signalgeber gemäß der Formel t p = t Ü × (n-1), wobei t die Pausenzeit, t Ü die Übertragungszeit und n die Anzahl der zu einem System gehörenden Geberstationen ist. Ein Sendezyklus des beschriebenen Übertragungssystems umfaßt also die fünf nacheinander erfolgenden Übertragungszeiten t Ü der fünf Geberstationen. Der innerhalb einer Übertragungszeit t Ü ausgesendete Informationsblock, auch als Befehlstelegramm bezeichnet, hat den in Fig. 4 dargestellten Aufbau. Eine die Übertragungszeit t Ü ausfüllende Wortlänge t wort umfaßt am Anfang und Ende je einen Synchronisationsteil, einen Adreßteil und einen Informationsteil.
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Für das zeitlich nacheinander erfolgende Einschalten der einzelnen ohne galvanische Verbindung miteinander stehenden Sender der Geberstationen sorgt jeweils die in den einzelnen Geberstationen vorgesehene Steuerschaltung 8. Die Steuerschaltung besteht, wie in Verbindung mit Fig. 2 noch zu beschreiben ist, im einfachsten Falle aus einem von einem Taktgeber getakteten Ringzähler mit einem Paralleleingang und einem festverschalteten Ausgang. Die Stellenzahl eines jeden Ringzählers in jeder der einzelnen Geberstationen ist mit der Anzahl der zum Übertragungssystem gehörenden Anzahl von Geberstationen identisch. Der Ringzählerausgang entspricht dem Identifikationsmerkmal der Geberstation, die in dem Zeitraster die Sendefreigabe erhält. Zum Zwecke der Einordnung in das Zeitraster des Sendezyklus wird der Ringzählerausgang mit dem festen Identifikationsmerkmal der Geberstation verglichen. Stimmt nun der Zählerschritt mit dem eigenen festen Identifikationsmerkmal überein, dann erfolgt die Aussendung eines Befehlstelegrammes über einen HF-Sender.
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Nunmehr sei anhand der Fig. 2 der schaltungstechnische Aufbau einer Geberstation im einzelnen beschrieben.
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Um feststellen zu können, ob die Geberstation innerhalb des ihr zugeordneten Zeitabschnittes im eigenen Zeitraster über den gemeinsamen Übertragungskanal ein anstehendes Befehlstelegramm senden darf oder ob eine Umsynchronisation ihres Zeitabschnittes auf den anderen Sendezyklus durchzuführen ist, dessen Identifikationsmerkmale die Sendestation über ihren HF-Empfänger hört, weist die Steuereinheit 8 einen Vergleicher 20, einen nachgeschalteten Ringzähler 21 der eingangs beschriebenen Art, eine dem Ringzähler nachgeschaltete Steuerlogik 22 und einen weiteren Vergleicher 23 auf, dem ein UND-Glied 25 nachgeschaltet ist. Ferner ist eine das eigene Identifikationsmerkmal verkörpernde Schalteinheit 26 vorhanden, die mit dem Vergleicher 23 verbunden ist. Ferner sind ein über eine Leitung 27 dem Vergleicher 20 nachgeschalteter Zähler 29 zur Aufnahme von sendenden Geberstationen, die im gleichen Zeitraster senden wie die vorliegende Geberstation, und ein über eine Leitung 28 dem Vergleicher nachgeschalteter Zähler 30 zur Aufnahme von sendenden Geberstationen, die in einem anderen Zeitraster senden, sowie ein dritter Vergleicher 31 vorhanden, der den beiden Zählern nachgeschaltet ist.
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Der Ausgang 32 des Vergleichers 31 ist mit einem UND-Glied 33 und mit dem Parallel-Serien-Wandler 2 der Dateneingabe-Vorrichtung 1 sowie mit der Steuerlogik 22 verbunden. Von der Steuerlogik führen Rückstelleitungen 35 und 36 zu den Zählern 29 und 30. Die Leitungsverbindung 32 führt ferner zur Steuerlogik 22 und zum UND- Glied 33, dessen dritter Eingang über eine Leitung 37 vom Serien- Parallel-Umsetzer 7 gespeist ist. Über eine Leitung 38 ist der Ringzähler 21 mit dem Vergleicher 23 verbunden. Das dem Vergleicher 23 - Eingang 39 - nachgeschaltete UND-Glied 25 weist einen weiteren Eingang 40 auf, der vom Parallel-Serien-Wandler 2 gespeist ist.
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Im Vergleicher 20 wird das über den HF-Empfänger 6 empfangene Identifikationsmerkmal A, also die Adresse einer gerade sendenden Geberstation, mit dem im eigenen Zeitraster zu erwartenden Identifikationsmerkmal B - verkörpert durch den augenblicklichen Zählerstand des Ringzählers - verglichen und festgestellt, ob die empfangene Geberstation synchron oder asynchron mit dem eigenen Takt läuft. Die während eines Sendezyklus empfangenen synchronen Geberstationen takten den Zähler 29 hoch, der nach Beendigung eines jeden Sendezyklus über die Leitung 35 von der Steuerlogik zurückgestellt wird. Alle während dieser Zeit empfangenen asynchronen Geberstationen gelangen auf den Zähler 30, der erst dann über die Leitung 36 zurückgesetzt wird, wenn in einem Sendezyklus keine asynchronen Adressen empfangen werden. Der Vergleicher 31 stellt nun fest, ob der Zählerstand C gleich dem Zählerstand D ist. Sobald festgestellt wird, daß D größer C ist, wird ein Ausgangssignal erzeugt, das über die Leitungsverbindung 32 dem UND-Glied 33, der Steuerlogik 22 und dem Parallel-Serien-Wandler 2 zugeführt wird. Sofern das UND-Glied 33 gleichzeitig über die Leitung 37 - entsprechend dem Vorliegen einer Adresse einer empfangenen Geberstation -, die Leitung 28 - entsprechend dem Vorliegen einer asynchron liegenden empfangenen Geberstation -, und über die Leitung 32 - entsprechend der Tatsache, daß die Mehrzahl der empfangenen Geberstationen innerhalb eines asynchron zum eigenen Zeitraster liegenden Sendezyklus liegt -, Eingangssignale erhält, wird über das dann erzeugte Ausgangssignal des UND-Gliedes in den Ringzähler 21 über ein ODER-Glied 42 und die Leitung 34&min; unter der Steuerung der Steuerlogik, die am Ausgang des Serien-Parallel- Wandlers 7 anstehende neue Adresse eingeschrieben, so daß eine Umsynchronisation der Geberstation auf das neue Zeitraster erfolgt. Diese Umsynchronisation bedeutet hierbei, daß der Ringzähler 21 durch das parallele Einschreiben der neuen asynchronen Adresse, die am Ausgang des Serien-Parallel-Wandlers 7 ansteht, auf eine andere Zählstellung, die dem asynchronen Zeitraster entspricht, gezwungen wird.
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Auf diese Weise wird erreicht, daß das Befehlsübertragungssystem mit der geringeren Anzahl - zum Beispiel zwei synchron miteinander arbeitende Geberstationen - sich nach dem Befehlsübertragungssystem mit der größeren Anzahl - zum Beispiel vier synchron miteinander arbeitenden Geberstationen - richtet.
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Der Ringzählerausgang, der den Identifikationsmerkmalen der zum System gehörenden Geberstation entspricht, wird mit dem eigenen festen Identifikationsmerkmal 26 in einem Vergleicher 23 - Leitung 38 - verglichen.
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Sobald beide Eingänge übereinstimmen, also E = F ist, wird über Leitung 39 das UND-Glied 25 beschaltet, so daß an dessen Ausgang das Befehlstelegramm des Parallel-Serien-Wandlers 2 ansteht und über den Hochfrequenz-Sender 3 mit der zugehörigen Antenne 4 abgestrahlt wird.
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Nach dem Umsynchronisieren einer Geberstation können alle anderen Geberstationen eines Befehlsübertragungssystems, die vorher im gleichen Zeitraster gesendet haben, sofort ebenfalls in das neue Zeitraster gezwungen werden. Hierzu ist es notwendig, daß - sobald der Ringzähler umsynchronisiert ist - über die Leitung 32 ein besonderes Zeichen "Umsynchronisieren" mit dem normalen Befehlstelegramm mit dem Parallel-Serien-Wandler 2 mit abgesendet wird.
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Alle anderen Geberstationen, die dieses Befehlstelegramm empfangen, werden in nicht näher dargestellter Weise diesen Befehl aus und schalten als ODER-Funktion - Leitung 37, ODER-Glied 42 - zur Leitung 34&min; die am Serien-Parallel-Wandler 7 anstehende Adresse direkt auf den Ringzähler 21. Auf diese Weise kann übergeordnet zu der Umsynchronisation über die beiden Zähler 29 und 30 mit dem nachgeschalteten Vergleicher 31 durch den Befehl " Umsynchronisieren" eine sofortige Umsynchronisation auf die empfangene Position erfolgen. Werden dagegen lediglich Geberstationen empfangen, die innerhalb des eigenen Zeitrasters liegen, so entfällt die beschriebene Umsynchronisation und über das UND-Glied 25 wird das Senden eines in der Dateneingabe-Vorrichtung 1 anstehenden Befehlstelegrammes - Leitung 40 - veranlaßt, sobald über den Vergleicher 23 die Übereinstimmung der vom Ringzähler 21 gemeldeten Adresse mit der eigenen Adresse aus der Schalteinheit 26 festgestellt worden ist, also ein Ausgangssignal E = F auf der Leitung 39 erscheint.