DE3010068A1

DE3010068A1 - Verfahren und anordnung zur datenuebertragung mittels elektromagnetischer strahlung mit aufmodulierter dateninformation

Info

Publication number: DE3010068A1
Application number: DE19803010068
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Dipl.-Phys. 4000 Düsseldorf Adolfs; Heinz-Jochen Dipl.-Phys. 5620 Velbert Gülker; Peter Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. 4300 Essen Klein
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Atlas Elektronik GmbH
Priority date: 1980-03-15
Filing date: 1980-03-15
Publication date: 1981-09-24
Also published as: DE3010068C2

Description

Verfahren und Anordnung zur Datenübertragung mittels
elektromagnetischer Strahlung mit aufmodulierter Dateninformation Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Datenübertragung mittels elektromagnetischer Strahlung mit aufmodulierter Dateninformation zwischen ortsfesten Baken und Fahrzeugen des öffentlichen Nahverkehrs, der Polizei und anderen, insbesondere nicht spurgeführten Bedarfsträgern, die jeweils mit einer Sender/Empfängerkombination ausgestattet sind. Die übertragenen Dateninformationen beziehen sich beispielsweise auf den Standort des Fahrzeuges oder betreffen bestimmte Steuerkommandos zur Weichensteuerung oder zur Beeinflussung von Lichtsignalanlagen.
Solche Systeme sind schon seit langem bekannt. So werden beispielsweise bei Schienenfahrzeugen stabförmige Permanentmagnete mit einer N-S-Orientierung quer zur Fahrtrichtung verwendet, die durch den Orientierungswechsel der Magnete Informationen austauschen können. Dieses System ist jedoch auf nicht spurgeführte Fahrzeuge nicht übertragbar.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, Baken mit Spulen auszustatten, die von Strömen unterschiedlicher Frequenz durchflossen werden. Die Fahrzeuge sind mit Induktionsspulen ausgerüstet. Diese induktive Datenübertragung besitzt jedoch die Nachteile, eine zu geringe Reichweite zu besitzen, so daß beispielsweise Busse auf mehrspurigen Straßen nicht mehr erreichbar sind, und eine nur sehr geringe Informationsmenge austauschen zu können. Bereits realisierte Systeme lassen mit einer 3 aus 6 Kombination nur die übertragung von 20 verschiedenen Informationen zu, die im allgemeinen für eine Ortskodierung nicht ausreicht.
Weitere Systeme arbeiten mit Mikrowellen. So ist bereits vorgeschlagen worden, die Bake und auch das Fahrzeug jeweils mit einem Mikrowellensender und -empfänger auszurüsten. Das Fahrzeug sendet fortwährend einen Aufruf, der von der Bake empfangen wird, worauf der Bakensender eingeschaltet und das Informationstelegramm an das Fahrzeug abgeschickt wird. Der Nachteil dieses Systems besteht darin, daß der Bakensender eine große Leistung verbraucht, weshalb man die Einschaltdauer so gering wie möglich hält. Bekanntlich ist jedoch nach dem Einschalten des Senders eine erhebliche Frequenzdrift des Mikrowellen-Oszillators unvermeidbar, so daß die Einhaltung der postalisch vorgegebenen engen Bandbreiten-Grenzen problematisch wird.
Andere Lösungen bestehen darin, als Bake eine Baugruppe zu verwenden, die aus verschiedenen, einzeln abgleichbaren Resonatoren für Mikrowellen besteht.
Der Vorteil dieser passiv arbeitenden Bake besteht darin, daß sie keine Energie verbraucht. Werden von dem Mikrowellensender des Fahrzeugs Signale mit periodisch veränderter Frequenz ausgesandt, so detektiert der Fahrzeugempfänger das von der Bake reflektierte Signal mit den Einbrüchen bei den Resonator-Frequenzen der Bake. Nachteiligerweise ist dieses System wegen der benötigten Bandbreite und Leistung für den Mikrowellensender postalisch nicht für Ortsbaken zugelassen. Es kann lediglich bei der Güterwagen-Identifizierung verwendet werden, wo die Sender ortsfest und nur an bestimmten dafür genehmigten Standorten aufgestellt werden.
Zur Abhilfe der zuvor geschilderten Nachteile wird in der DE-AS 28 50 208 eine Anordnung beschrieben, bei der Daten mittels einer Mikrowellenübertragungsstrecke übermittelt werden. Die von dem Fahrzeug ausgesandten konstanten Mikrowellen werden an einer entsprechend ausgestatteten Bake reflektiert und darüber hinaus nach dem Pulsbreiten-Modulationsverfahren codiert. Diese Anordnung erfüllt ihre Aufgabe jedoch nur so lange optimal wie geeignete Witterungsverhältnisse vorliegen. Bei ungünstiger Witterung führt beispielsweise Regen zu einer großen Mikrowellenstrahlungsstreuung beziehungsweise zu einer hohen Absorption. Speziell dicke aufgefrorene Reifschichten oder eine Vereisung der Mikrowellenaustrittsfenster im Empfänger bzw. Sender, die leicht bei Baken auftreten können, führen unter Umständen zur Funktionsunfähigkeit der gesamten Anordnung.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zur Datenübertragung mittels elektromagnetischer Strahlung mit aufmodulierter Dateninformation zwischen ortsfesten Baken und Verkehrsmitteln anzugeben, das ökonomisch und auch unter extremen Witterungsverhältnissen zuverlässig arbeitet, mit sehr geringem Energieverbrauch betrieben werden kann und mit den postalischen Vorschriften in Einklang zu bringen ist.
Die Aufgabe wird durch Verwendung einer elektromagnetischen Strahlung des optischen, vorzugsweise des nahen infraroten Spektralgebiets gelöst, wobei die Dateninformation auf ein oder mehrere hochfrequente Trägersignale aufmoduliert wird. Unter dem optischen Spektralgebiet versteht man den Bereich von 300 bis 800 nm, während das nahe infrarote Spektralgebiet sich etwa von 800 nm bis 1200 nm erstrecken soll.
Die Übertragung von Daten mit infrarotem Licht in geschlossenen Räumen ist an sich bekannt. Spezielle Anwendungsbeispiele sind der drahtlose Kopfhörer, die Fernbedienung in der Unterhaltungselektronik oder abgesetzte Terminals in der Datenverarbeitung.
Wegen ihrer Strahl stärke werden Leuchtdioden verwendet. Diese Anwendungsbereiche sind jedoch auf wenige Meter in Gebäuden bzw. in geschützter Umgebung beschränkt. Eine einfache Übertragung auf die Anwendung der Leuchtdioden im Freien ist bisher wegen der dort vorhandenen Streueffekte für unpraktikabel gehalten worden. Statt dessen sind im Infrarotgebiet arbeitende Laserdioden zur Datenübertragung über große Strecken vorgeschlagen worden. Laserdioden sind jedoch für die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wegen ihres enggebündelten, kohärenten Strahles und der damit verbundenen Gefahr für Passanten nicht geeignet. Überraschenderweise hat sich jedoch gezeigt, daß die Umwelteinflüsse bei geeignetem Aufbau der verwendeten Anordnung keinen zur völligen Beschränkung führenden Einfluß ausüben können. Vorteilhafterweise verfährt man bei der Datenübertragung so, daß nach Auftreffen des von dem Fahrzeugsender fortwährend ausgesandten, mit einer konstanten Frequenz modulierten Wechsellichtsignals auf den Bakenempfänger der Bakensender eingeschaltet wird und eine ebenfalls in modulierter Form vorgegebene Rückantwort auf den Fahrzeugempfänger sendet, der daraufhin, um einen doppelten Datenaustausch zu vermeiden, den Fahrzeugsender für ein fest vorgebbares Zeitintervall abschaltet. Damit arbeitet das beschriebene Verfahren extrem wirtschaftlich, da der Bakensender nicht ständig energieaufwendig senden muß. Das ist besonders für Batteriebetrieb bzw. akkumulator-gepufferten Solarbetrieb von Vorteil.
Nach einer Weiterbildung des Gegenstandes der Erfindung bedient man sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einer Anordnung, die aus einer jeweils in der ortsfesten Bake und im Fahrzeug vorgesehenen Sender/Empfängereinrichtung zur Datenübertragung besteht. Jedes Empfängergehäuse besitzt eine nach außen konkav gewölbte, strahlendurchlässige Fläche und enthält eine Diode, während jeder Sender möglichst mehrere Leuchtdioden enthält, die vorteilhafterweise von einer reflektierenden, hohlspiegelartig gewölbten Fläche umgeben sind. Eine solche Empfängerausgestaltung ermöglicht es, bei Störung der direkten Sicht das durch Betauen oder Vereisen der Frontscheibe gestreute Licht von einer möglichst großen Fläche auf die Empfängerdiode zu geben. Damit wird die effektive Empfängerfläche vergrößert und ein großer Teil der durch Streueffekte sonst verlorenen Strahlung verwertet. Die vorgeschlagene Außenwölbung, im einfachsten Fall eine Art Halbkugel, bewirkt nicht nur einen sammellinsenartigen Effekt, sondern führt gleichzeitig eine Steigerung der Empfindlichkeit des Empfängers in der Achse senkrecht zur Empfängeroberfläche herbei.
Im Sender sind die Leuchtdioden von einer reflektierenden hohlspiegelartig gewölbten Fläche umgeben, die das an der Frontscheibe zurückgestreute Licht nicht verlorengehen läßt.
Vorteilhafterweise ist die Empfängerdiode an einen als nicht linearer Arbeitswiderstand dienenden Schwingkreis angeschlossen, dessen Resonanzfrequenz gleich der Frequenz des Fahrzeugsenders ist. Damit ist es möglich, Gleichlicht-Anteile durch Sonneneinstrahlung und Wechsellicht-Anteile niedriger Frequenz von der Straßenbeleuchtung auszusondern.
Für die Nutzsignalübertragung wird ein möglichst hochfrequenter Träger verwendet, für den der Resonanz-Schwingkreis einen hohen Widerstand aufweist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Bakensender nur im Bedarfsfall, d.h. nach empfangenem Aufruf seitens des Fahrzeug-Senders an die Versorgungsspannung angeschlossen. Somit arbeitet die vorbeschriebene Anordnung extrem wirtschaftlich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, die in einer Schaltskizze die sich jeweils gegenüberstehenden Baken- und Fahrzeuggeräte zeigt.
Die erfindungsgemäße Anordnung besteht aus einem Bakengerät 1 und einem Fahrzeuggerät 2, von denen jedes mit einer Sender/Empfängerkombination ausgestattet ist.
Sowohl der Bakenempfänger 3 als auch der Fahrzeuge empfänger 4 ist mit einer konkav nach außen gewölbten Empfängerfläche 5 bzw. 6 ausgestattet. Der Bakensender 7 sowie der Fahrzeugsender 8 enthalten Leuchtdioden 9 bzw. 10, die in hohlspiegelartig gewölbten Flächen angeordnet sind.
Im übrigen besitzt das Bakengerät in nach dem Stand der Technik bekannter Weise eine entsprechende Stromversorgung 11, einen Taktgeber 12, einen Modulator 13 sowie einen Telegrammcoder 14.
Das Fahrzeuggerät besitzt neben dem Modulator 15 sowie dem Taktgeber 16, die an den Sender angeschlossen sind, einen an den Empfänger 4 angeschlossenen Verstärker und Detektor 17 sowie eine nachgeschaltete Signalaufbereitung und -verarbeitung 18, der ggf. ein Bordrechner 19 zugeordnet ist. Der Empfänger 3 des Bakengerätes sowie die Signalaufbereitung und -verarbeitung 18 des Fahrzeuggeräts sind jeweils mit einem Schalter 20 bzw. 21 verbunden, der im Bedarfsfall die Stromversorgung zum Sender 7 bzw. 8 unterbricht.
Die zuvor beschriebene Anordnung arbeitet folgendermaßen: Vom Fahrzeugsender 8 wird fortwährend ein mit einer Frequenz von 27 kHz moduliertes Weciisellichtsignal ausgesendet. Währenddessen ist in der Bake im Ruhestand nur der Empfänger in Betrieb. Die Empfängerdiode ist an einen Schwingkreis mit einer Resonanzfrequenz von 27 kHz, der als Arbeitswiderstand wirkt, angeschlossen. Dadurch arbeitet der Empfänger weitgehend selektiv für die Nutzsignalfrequenz des Fahrzeugsenders, wohingegen Gleichlicht und niederfrequente Wechsellichtanteile unterdrückt werden. Wird nun die Bake von dem Sendersignal des Fahrzeugs getroffen, wird der Bakensender 7 durch entsprechendes Einschalten der Versorgungsspannung aktiviert und das Telegramm, das dem Fahrzeug übermittelt werden soll, auf einer zweiten Trägerfrequenz von 57 kHz gesendet. Sobald im Fahrzeug das Telegramm empfangen, decodiert und aufgrund verschiedener Prüfungen für verwertbar befunden worden ist, wird der Fahrzeugsender für eine gewisse Fahrstrecke abgeschaltet, so daß die Bake nicht weiter zum energieaufwendigen Senden veranlaßt wird.
Der Bakensender und der Fahrzeugsender bestehen aus acht in Serie geschalteten Leuchtdioden, wovon jedoch nur jeweils drei dargestellt sind. Der Empfänger enthält eine nicht einzeln dargestellte Diode, die hinter der Fläche 5 bzw. 6 angeordnet ist. Diese Fläche 5 bzw. 6 kann beispielsweise aus Kunststoff bestehen, der Strahlung im Sichtbaren absorbiert, aber für das Infrarot transparent ist.

Claims

Ansprüche: 1. Verfahren zur Datenübertragung mittels elektromagnetischer Strahlung mit aufmodulierter Dateninformation zwischen ortsfesten Baken und Fahrzeugen des öffentlichen Nahverkehrs, der Polizei und anderen, insbesondere nicht spurgeführten Bedarfsträgern, die jeweils mit einer Sender/Empfängerkombination ausgestattet sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektromagnetische Strahlung des optischen oder des nahen infraroten Spektralbereichs verwendet wird, wobei die Dateninformation auf ein oder mehrere hochfrequente Trägersignale aufmoduliert wird.
2. Verfahren zur Datenübertragung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Auftreffen des von dem Fahrzeugsender fortwährend ausgesandten, mit einer konstanten Frequenz modulierten Wechsellicht-Signals auf den Bakenempfänger der Bakensender eingeschaltet wird und eine ebenfalls in modulierter Form vorgegebene Rückantwort auf den Fahrzeugempfänger schickt, der daraufhin, um einen doppelten Datenaustausch zu vermeiden, den Fahrzeugsender für ein fest vorgebbares Zeitintervall abschaltet.
3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 und 2, bestehend aus einer jeweils in der ortsfesten Bake und im Fahrzeug vorgesehenen Sender/Empfängereinrichtung zur Datenübertragung, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Empfängergehäuse, dessen strahlungsdurchlässige Fläche nach außen gewölbt ist, eine Diode besitzt und jeder Sender ein oder mehrere Leuchtdioden (LED) enthält, die jeweils von einer reflektierenden hohlspiegelartig gewölbten Fläche umgeben sind.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängerdiode an einen Schwingkreis angeschlossen ist, der als nichtlinearer Arbeitswiderstand dient und dessen Resonanzfrequenz auf die Frequenz des Fahrzeugsenders abgestimmt ist.
5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch geennzeichnet, daß der Bakensender nur im Betriebszustand, d.h. beim Datenaustausch, an die Versorgungsspannung angeschlossen ist.