EP1886893A1

EP1886893A1 - Verfahren zur Datenübertragung in einem Schienenfahrzeug, und Schienenfahrzeug dafür

Info

Publication number: EP1886893A1
Application number: EP06405342A
Authority: EP
Inventors: Markus Bittner; Hanspeter Widmer; Nicolas Müller; Jörg Furrer
Original assignee: Ascom Schweiz AG
Current assignee: Ascom Schweiz AG
Priority date: 2006-08-11
Filing date: 2006-08-11
Publication date: 2008-02-13

Abstract

In einer Fahrzeugeinheit (1) eines Schienenfahrzeugs wird ein typischerweise bereits vorhandener Datenübertragungsbus (2), der für die Übertragung von schmalbandigen, niederfrequenten Datensignalen ausgelegt ist (beispielsweise ein sogenannter UIC Zugbus) für die Übertragung von breitbandigen Datensignalen mit einem Frequenzspektrum oberhalb von 1 MHz verwendet. Hierzu werden Koppelvorrichtungen (5.8) verwendet, mit welchen sich diese breitbandigen Datensignale in den Datenübertragungsbus (2) ein- bzw. daraus auskoppeln und beispielsweise mit einer PLC (powerline communication) Übertragungstechnologie über diesen Datenübertragungsbus (2) übertragen lassen. Indem die Datenübertragungsbusse (2) mehrerer Fahrzeugeinheiten über die Kupplungen (3) miteinander verbunden werden, können die breitbandigen Datensignale über diese Kupplungen hinweg zwischen zwei oder mehr solcher Fahrzeugeinheiten (1) übertragen werden.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit einer oder mehreren Fahrzeugeinheiten, welche jeweils einen oder mehrere Wagen umfassen, wobei wenigstens eine Fahrzeugeinheit einen für eine schmalbandige Datenübertragung ausgelegten, einheitsinternen Informationsbus umfasst, und die wenigstens eine Fahrzeugeinheit an einem ihrer Enden eine Informationsbuskupplung umfasst, mittels welcher der einheitsinterne Informationsbus dieser wenigstens einen Fahrzeugeinheit mit einem einheitsinternen Informationsbus einer anderen Fahrzeugeinheit zu einem einheitsübergreifenden Informationsbus zusammenschaltbar ist. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Datenübertragung in einem solchen Schienenfahrzeug.

Stand der Technik

Es ist bekannt, in Fahrzeugen wie Zügen, Strassenbahnen und ähnlichen Fahrzeugen mit mehreren, aneinandergekoppelten Fahrzeugeinheiten Kommunikationssysteme einzubauen. Diese Kommunikationssysteme werden typischerweise dafür genutzt, um z. B. auf einem Display den Namen der nächsten Haltestelle anzuzeigen, über in den Wagen der Fahrzeuge angebrachte Lautsprecher Mitteilungen an die Fahrgäste oder das Begleitpersonal des Fahrzeugs durchzugeben, aber auch für Steuerungszwecke wie beispielsweise das Öffnen, Schliessen und Verriegeln der Türen oder das Ein- und Ausschalten der Beleuchtung in den einzelnen Wagen.
Für derartige Anwendungen müssen nur relativ kleine Datenmengen übertragen werden. Für die Tür oder Lichtsteuerung werden jeweils nur einige wenige Impulse benötigt und für die Übertragung von Sprachdaten reicht eine Bandbreite von einigen kHz (kilo Herz). Die bekannten Kommunikationssysteme sind entsprechend auch nur für die Übertragung von Datensignalen mit einer Bandbreite bis maximal einige hundert kHz ausgelegt (schmalbandige Datenübertragung).
Für eine solche schmalbandige Datenübertragung in Zügen ist typischerweise ein entsprechender Informationsbus installiert. Ein Beispiel für einen solchen Informationsbus ist das Zugbuskabel UIC (union internationale des chemins de fer), welches typischerweise eine Mehrzahl von isolierten Kupferleitern mit jeweils einer Querschnittsfläche in der Grössenordnung von 1 Quadratmillimeter umfasst. Diese Kabel haben typischerweise eine sämtliche Leiter umfassende EMV-Abschirmung, einen Schutzmantel sowie allenfalls eine oder mehrere Zwischenlagen aus Kunststoffbändern. Eines der Leitungspaare dieses UIC Kabels wird beispielsweise für Dientsmeldungen verwendet, ein anderes für Durchsagen an die Fahrgäste. Andere Leitungen werden als Steuerleitungen für die Lichtsteuerung oder bei Schienenfahrzeugen mit mehr als einer Lokomotive bzw. Triebwagen auch für die Multitraktions-Steuerung verwendet. Werden zwei mit einem solchen Informationsbus ausgestattete Wagen aneinander gekoppelt um einen Zug oder einen Teil eines Zuges zu bilden, werden die Informationsbusse der beiden Wagen entweder automatisch oder - beispielsweise bei älteren Fahrzeugen - manuell mittels entsprechender Kupplungen zusammengeschaltet. Auf diese Weise entsteht ein in der Regel durch das gesamte Schienenfahrzeug verlaufender Informationsbus. Es kann jedoch auch vorkommen, dass einzelne oder mehrere Wagen keinen derartigen Informationsbus haben.
Die zwischen den Wagen vorhandenen Kupplungen des Informationsbuses, die meist vorhandenen Verzweigungen (die Kabel sind an den Enden eines Wagens häufig gesplittet), die an den Bus angeschlossenen Geräte (wie beispielsweise getaktete elektronische Schaltungen), die Tatsache, dass die einzelnen Leiterpaare solcher Informationsbusse typischerweise nicht separat abgeschirmt sind sowie andere Faktoren beeinträchtigen allerdings die Übertragungseigenschaften dieses Informationsbusses in negativer Weise. Solche Informationsbusse haben bei hohen Frequenzen beispielsweise eine schlechte Symmetrie, sind an den jeweiligen Enden meist nicht sauber abgeschlossen und weisen häufig sogar eine Totalreflexion sowie entsprechend inhomogene Wellenwiderstände sowie eine hohe Laufzeitdispersion auf. in der Regel treten bei solchen Informationsbussen folglich auch frequenz- und zeitselektive Störungen auf. All diese Eigenschaften schränken die erreichbaren Datenraten in der Regel stark ein.
Zusätzlich zu dem für die schmalbandige Datenübertragung ausgelegten Informationsbus sind bei solchen Schienenfahrzeugen weiter Kommunikationssysteme bekannt, welche eine breitbandige Datenübertragung innerhalb eines Wagens erlauben. Derartige Kommunikationssysteme umfassen beispielsweise ein in einem Wagen installiertes Ethernet, welches einen oder mehrere Ethernet-Switches umfasst. Als Wagen im weiteren Sinn sollen nachfolgend auch Kompositionen von Wagen verstanden werden. Solche Kompositionen zeichnen sich dadurch aus, dass sie mehrere Wagen umfassen, dass aber die einzelnen Wagen einer Komposition in der Regel nicht mehr voneinander getrennt werden, wenn sie einmal zusammengestellt sind. Ein einzelner Wagen bzw. eine solche Wagenkomposition wird nachfolgend als Fahrzeugeinheit bezeichnet. Entsprechend ist es möglich, die Breitband-Kommunikationssysteme der einzelnen Wagen einer Komposition mittels entsprechender Verkabelung untereinander zu einem wagenübergreifenden Breitband-Kommunikationssystem zusammen zu schalten, sodass ein in sämtlichen Wagen einer Komposition zugängliches Breitband-Kommunikationssystem wie z. B. ein Ethernet vorhanden ist.
Bei Einzelwagen, welche häufig voneinander getrennt und wieder mit anderen Wagen zu einem Zug zusammengekoppelt werden, besteht in der Regel keine technische Möglichkeit, die Breitband-Kommunikationssysteme der Wagen direkt zu verbinden. Es besteht folglich keine direkte, wagenübergreifende, breitbandige Datenübertragung von einem Wagen zum nächsten bzw. zwischen zwei Wagenkompositionen.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörendes Schienenfahrzeug bzw. ein Verfahren zur Datenübertragung zu schaffen, welches eine breitbandige Datenübertragung sowohl innerhalb einer Fahrzeugeinheit wie auch zwischen zwei oder mehr aneinander gekoppelten Fahrzeugeinheiten erlaubt.
Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Bei einem Schienenfahrzeug mit einer oder mehreren Fahrzeugeinheiten, welche jeweils einen oder mehrere Wagen umfassen, wobei wenigstens eine Fahrzeugeinheit einen fahrzeugeinheitsinternen (nachfolgend als einheitsintern bezeichnet) Informationsbus aufweist, der für eine schmalbandige Datenübertragung ausgelegt ist und die wenigstens eine Fahrzeugeinheit an einem ihrer Enden eine Informationsbuskupplung umfasst, mittels welcher der einheitsinteme Informationsbus dieser wenigstens einen Fahrzeugeinheit mit einem einheitsinternen Informationsbus einer anderen Fahrzeugeinheit zu einem einheitsübergreifenden Informationsbus zusammenschaltbar ist, umfasst die wenigstens eine Fahrzeugeinheit gemäss der Erfindung mindestens eine Koppelvorrichtung, welche an den einheitsinternen Informationsbus der wenigstens einen Fahrzeugeinheit angeschlossen ist und mit welcher breitbandige Datensignale aus dem einheitsinternen Informationsbus auskoppelbar bzw. in den einheitsinternen Informationsbus einkoppelbar sowie über den einheitsinternen Informationsbus übertragbar sind.
Unter dem Begriff schmalbandige Datenübertragung wird nachfolgend eine Übertragung von Datensignalen, deren Frequenzspektrum unterhalb von 1 MHz liegt, verstanden. Entsprechend wird nachfolgend unter dem Begriff breitbandige Datenübertragung eine Übertragung von Datensignalen, deren Frequenzsprektrum über 1 MHz, typischerweise zwischen 2 MHz und 34 MHz liegt, verstanden. In analoger Weise soll der Begriff schmalbandiges Datensignal jene Datensignale umfassen, welche einerseits eine schmale Bandbreite aufweisen und deren Frequenzspektrum andererseits unterhalb von 1 MHz liegt. Entsprechend soll der Begriff breitbandiges Datensignal jene Datensignale umfassen, welche einerseits eine hohe Bandbreite aufweisen und deren Frequenzspektrum andererseits oberhalb von 1 MHz liegt.
Über die bestehenden Informationsbusse werden in bekannter Weise schmalbandige Datensignale übertragen, welche typischerweise analoge, niederfrequente Signale oder schmalbandige digitale Signale mit jeweils einem Frequenzspektrum unter 1 MHz umfassen. Indem der für eine schmalbandige Datenübertragung ausgelegte Informationsbus nun erfindungsgemäss auch für die Übertragung von breitbandigen Datensignalen mit einem Frequenzspektrum oberhalb von 1 MHz verwendet wird, kann der Informationsbus optimal für eine breitbandige Datenübertragung ausgenutzt werden.
Auf diese Weise können einem Fahrgast moderne Multimedia-Anwendungen angeboten werden, bei welchen es notwendig ist, breitbandige Datensignale mit Datenraten von über 100 kBit/s, deren Frequenzspektren im Frequenzbereich von einigen hundert kHz bis einigen MHz liegen, zu übertragen. Solche Anwendungen sind beispielsweise ein Internet-Zugang, der es dem Fahrgast erlaubt, während seiner Reise mit dem Fahrzeug im Internet zu "surfen". Eine andere mögliche Anwendung besteht beispielsweise darin, dass sich der Fahrgast aus einer zentral abgespeicherten Auswahl von Filmen individuell einen Film auswählen und sich diesen auf einem persönlichen Monitor anzeigen lassen kann.
Um über ein solches Übertragungsmedium wie den oben beschriebenen Informationsbus eine breitbandige Datenübertragung realisieren zu können, muss die verwendete Übertragungstechnologie insbesondere mit den bereits bestehenden Anwendungen des Informationsbusses koexistieren können. D. h. die verwendete Übertragungstechnologie darf für die Signalübertragung ausschliesslich den Frequenzbereich oberhalb von 1 MHz, insbesondere denjenigen zwischen 2 MHz und 34 MHz benutzen. Sie sollte weiter eine effiziente Kanalcodierung mit einer starken Fehlerkorrektur aufweisen, damit Übertragungsfehler, welche durch die hohen Störpegel bedingt sind, korrigiert werden können. Zudem ist es von Vorteil, wenn sie ein adaptives, trägerselektives Bitloading ermöglicht, welches sich den Kanalbedingungen bei der jeweiligen Trägerfreuqenz anpasst damit sich bei Mehrträger-Modulationsverfahren der frequenz- und zeitselektive Kanal effizient ausnutzen lässt. Bei anderen Modulationsverfahren, insbesondere bei Einträgermodulationsverfahren sollten Vorrichtungen zur adaptiven Kanalentzerrung vorgesehen werden.
Bekannte Übertragungstechnologien wie beispielsweise Ethernet erfüllen diese Bedingungen nicht und sind daher für die Übertragung von breitbandigen Datensignalen über den Informationsbus nicht geeignet. Ein Beispiel für eine Übertragungstechnologie, welche diese Bedingungen erfüllt, ist die Powerline-Technologie, welche ursprünglich entwickelt wurde, um Daten mit hohen Datenraten über Stromversorgungsnetze zu übertragen. Die Powerline-Technologie ist sehr robust bezüglich aller Arten von Störungen und Imperfektionen im Übertragungsmedium und wird daher bevorzugt verwendet, um die Übertragung der breitbandigen Datensignale über den Informationsbus in Schienenfahrzeugen zu realisieren. Da diese Technologie den Frequenzbereich über 1 MHz nutzt, koexistiert sie auch bestens mit den im Stand der Technik verwendeten Verfahren zur Datenübertragung über den Informationsbus im Frequenzbereich unter 1 MHz.
Während neue Fahrzeugeinheiten problemlos und günstig mit entsprechenden Koppelvorrichtungen (bestehend aus einem Modem-Teil, einem Buskoppler und einer Datenschnittstelle) ausgerüstet werden können, können auch bereits bestehende Fahrzeuge einfach und günstig mit solchen Koppelvorrichtungen nachgerüstet werden. Die Buskoppler respektive Modems können sowohl als eigenständige Einheiten als auch als integraler Bestandteil anderer Fahrzeugkomponenten wie z. B. eines bestehenden Fahrzeugkommunikations und/oder -informationssystems ausgebildet sein.
Die Datenübertragung innerhalb einer Fahrzeugeinheit kann einerseits erreicht werden, indem mehrere Koppelvorrichtungen an verschiedenen Orten innerhalb einer Fahrzeugeinheit an den Informationsbus angeschlossen werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Schienenfahrzeugs umfasst wenigstens eine Fahrzeugeinheit jedoch eine separate, einheitsinterne Kommunikationseinrichtung zur Übertragung von Datensignalen, insbesondere eine Kommunikationseinrichtung für eine breitbandige Datenübertragung von Datensignalen mit einem Frequenzspektrum über 1 MHz. In den Fahrzeugeinheiten kann beispielsweise ein Ethernet-Netzwerk installiert sein. Die einheitsinterne Kommunikationseinrichtung kann aber auch ein schmalbandiges Netz, z. B. ein Netz gemäss RS 232 sein. Eine solche einheitsinterne Kommunikationseinrichtung umfasst dabei typischerweise ein Übertragungsmedium sowie ein oder mehrere Datenverarbeitungs- oder Datenendgeräte, welche an das Übertragungsmedium angeschlossen sind. Als einheitsinterne Kommunikationseinrichtung soll nachfolgend jedoch auch ein für eine Datenübertragung geeignetes Übertragungsmedium ohne fest daran angeschlossene Datenverarbeitungs- oder Datenendgeräte verstanden werden. Ein einzelnes, in der Fahrzeugeinheit verlegtes Ethernet-Kabel soll beispielsweise auch unter diesem Begriff subsummiert werden.
Gemäss dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist nun die Koppelvorrichtung an die einheitsinteme Kommunikationseinrichtung angeschlossen und die Datensignale sind mit der Koppelvorrichtung aus der einheitsinternen Kommunikationseinrichtung aus-und in den einheitsinternen Informationsbus einkoppelbar bzw. aus dem einheitsinternen Informationsbus aus- und in die einheitsinternen Kommunikationseinrichtung einkoppelbar sind.
Wie die Datensignale in den bzw. aus dem Informationsbus gekoppelt weden, ist hierbei unerheblich. Es ist sowohl eine kapazitive, als auch eine induktive Kopplung möglich.
Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei dem Informationsbus um ein Übertragungsmedium, welches typischerweise wenigstens eine der folgenden Eigenschaften aufweist:

die für die Übertragung der Datensignale verwendeten Leiter bzw. Leiterpaare sind ungeschirmt,
für Frequenzen über 1 MHz weist es eine schlechte Symmetrie auf,
es umfasst Verzweigungen, d. h. der Informationsbus ist typischerweise am Ende einer Fahrzeugeinheit gesplittet,
es weist an seinen Enden eine Totalreflexion auf,
es weist inhomogene charakteristische Leitungsimpedanzen (Wellenwiderstand) auf,
er weist eine hohe Laufzeitdispersion auf.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Schienenfahrzeug zwei benachbarte Fahrzeugeinheiten, welche je eine einheitsinterne Kommunikationseinrichtung, einen einheitsinternen Informationsbus sowie an einem ihrer Enden eine Informationsbuskupplung umfassen, wobei die beiden einheitsintemen Informationsbusse mit diesen Infomationsbuskupplungen zu einem einheitsübergreifenden Informationsbus zusammengeschaltet sind.
Um die Datensignale innerhalb einer Fahrzeugeinheit bzw. zwischen zwei Fahrzeugeinheiten zu übertragen, können die Koppelvorrichtungen in verschiedenen Modi betrieben werden, In einem als Bridge-Modus bezeichneten Modus werden die breitbandigen Datensignale zwischen den einheitsinternen Kommunikationseinrichtungen der beiden Fahrzeugeinheiten mit einer für die verwendete, einheitsinterne Kommunikationseinrichtung transparenten Punkt-zu-Punkt Übertragung über den einheitsübergreifenden Informationsbus übertragen. In diesem Modus werden die zu beiden einheitsinternen Kommunikationseinrichtungen der beiden Fahrzeugeinheiten quasi zu einer einzigen einheitsübergreifenden Kommunikationseinrichtung zusammen geschaltet.
Um die Distanz zwischen den die Brücke bildenden Koppelvorrichtungen möglichst klein zu halten, sind die Koppelvorrichtungen in diesem Fall jeweils bevorzugt an jenem Ende einer Fahrzeugeinheit mit der Informationsbuskupplung angeordnet. Dadurch kann die Dämpfung der Signale bei der Übertragung zwischen den Koppelvorrichtungen klein gehalten werden und es können höhere Datenraten erreicht werden.
Mit Vorteil umfassen die Koppelvorrichtungen in diesem Fall jeweils ein Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von typischerweise weniger als 1 MHz. Dieses Tiefpassfilter ist auf einer von der Informationsbuskupplung abgewandten Seite der Koppelvorrichtung in den einheitsinternen Informationsbus geschaltet und unterdrückt auf diese Weise die Ausbreitung der auf dem Informationsbus übertragenen, breitbandigen Datensignale in dieser Richtung, d. h. von der Koppelvorrichtung aus gesehen in entgegengesetzter Richtung der Informationsbuskupplung. Gleichzeitig halten diese Tiefpassfilter auch hochfrequente Störungen von den Koppelvorrichtungen fern, die ihren Ursprung auf der anderen Seite der Koppelvorrichtung haben und die breitbandige Datenübertragung negativ beeinflussen könnten.
Unter Umständen können diese zusätzlichen Tiefpassfilter jedoch auch weggelassen werden, da die natürliche Dämpfung des Informationsbusses ausreicht, um die im Bridge-Modus ungewollte Übertragung der Datensignale zwischen zwei Koppelvorrichtungen derselben Fahrzeugeinheit zu unterdrücken.
Weiter können die Koppelvorrichtungen in einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einem als Bus-Modus bezeichneten Modus betrieben werden. Auch für den Betrieb in diesem Modus umfasst das Schienenfahrzeug zwei Fahrzeugeinheiten, welche je einen einheitsinternen Informationsbus sowie an einem ihrer Enden eine Informationsbuskupplung umfassen, wobei die beiden einheitsinternen Informationsbusse mit den Informationsbuskupplungen zu einem einheitsübergreifenden Informationsbus zusammengeschaltet sind- In diesem Betriebsmodus wird der durch beide Fahrzeugeinheiten durchgehende Informationsbus quasi als einheitsübergreifender Backbone verwendet über welchen die breitbandigen Datensignale mit einer Punkt-zu-Multipunkt Übertragung übertragen werden. In diesem Modus wird in der Regel nur eine einzige Koppelvorrichtung pro Fahrzeugeinheit benötigt und für die einheitsübergreifende Datenübertragung muss im Gegensatz zum Bridge-Modus keine zusätzliche Kommunikationseinrichtung bereitgestellt werden.
Allerdings weisen die beiden Fahrzeugeinheiten bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung zusätzlich zum Informationsbus je eine einheitsinterne Kommunikationseinrichtung (wie weiter oben bereits beschrieben) auf, wobei typischerweise eine Datenverarbeitungsvorrichtung an eine solche einheitsinterne Kommunikationseinrichtung angeschlossen ist. In diesem Fall sind die Koppelvorrichtungen der beiden Fahrzeugeinheiten jeweils auch an diese einheitsinterne Kommunikationseinrichtung angeschlossen und die breitbandigen Datensignale werden über die Koppelvorrichtungen von bzw. zu einer solchen Datenverarbeitungsvorrichtung übertragen.
Bei kurzen Schienenfahrzeugen oder wenn die natürliche Dämpfung des Informationsbusses sehr gering ist, können die von einer Koppelvorrichtung in den einheitsübergreifenden Informationsbus eingekoppelten Datensignale von jeder anderen, ebenfalls an diesen einheitsübergreifenden Informationsbus angeschlossenen Koppelvorrichtung empfangen werden. Wird das eingekoppelte Datensignal jedoch zu stark gedämpft, werden bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine oder mehrere der Koppelvorrichtungen in einem Repeater-Modus betrieben. Dieser Modus wird jedoch nicht anstelle des Bus-Modus verwendet, sondern zusätzlich zum Bus-Modus. In diesem Modus wird ein Datensignal von einer ersten Koppelvorrichtung in den Informationsbus eingekoppelt, von einer im Repeater-Modus betriebenen Koppelvorrichtung empfangen, von dieser regeneriert und wieder in den Informationsbus eingekoppelt und an eine nächste Koppelvorrichtung übertragen. Auf diese können Datensignale von der ersten zur nächsten Koppelvorrichtung übertragen werden, selbst wenn die Dämpfung eines übertragenen Signals zu gross wäre, um die Distanz zwischen diesen beiden Koppelvorrichtungen direkt zu überbrücken.
Die Lösung der Aufgabe betreffend der Schaffung eines Verfahrens zur Übertragung von Daten in einem Schienenfahrzeug mit einer oder mehreren Fahrzeugeinheiten, welche jeweils einen oder mehrere Wagen sowie je einen für eine schmalbandige Datenübertragung ausgelegten, einheitsinternen Informationsbus umfassen, ist durch die Merkmale des Anspruchs 9 definiert.
Erfindungsgemäss werden die breitbandigen Datensignale über den einheitsinternen Informationsbus übertragen, indem sie mit einer ersten Koppelvorrichtung einer der Fahrzeugeinheiten in den einheitsinternen Informationsbus eingekoppelt, über den einheitsinternen Informationsbus übertragen und mit einer zweiten Koppelvorrichtung einer der Fahrzeugeinheiten aus dem einheitsinternen Informationsbus ausgekoppelt werden.
Da das Frequenzspektrum der zu übertragenden, breitbandigen Datensignale über 1 MHz liegt, können diese gleichzeitig mit den schmalbandigen Datensignalen, deren Frequenzspektrum unter 1 MHz liegt, über den Informationsbus übertragen werden, ohne dass sich diese gegenseitig negativ beeinflussen.
Auf diese Weise ist es möglich, bei einem mit einer oder mehreren Koppelvorrichtungen ausgerüsteten Fahrzeugeinheit einheitsintern eine breitbandige Datenübertragung über den Informationsbus zu realisieren.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die breitbandigen Datensignale in einem Schienenfahrzeug mit zwei Fahrzeugeinheiten übertragen, wobei die einheitsinternen Informationsbusse der beiden Fahrzeugeinheiten mittels Informationsbuskupplungen der Fahrzeugeinheiten zu einem einheitsübergreifenden Informationsbus zusammengeschaltet werden. Die breitbandigen Datensignale werden hierbei von einer ersten Koppelvorrichtung einer ersten Fahrzeugeinheit über den einheitsübergreifenden Informationsbus zu einer zweiten Koppelvorrichtung einer zweiten Fahrzeugeinheit übertragen.
D. h. die breitbandigen Datensignale werden über die Informationsbuskupplungen hinweg von einer Fahrzeugeinheit zu der anderen Fahrzeugeinheit übertragen.
Bei einer anderen, bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung umfassen die beiden Fahrzeugeinheiten jeweils wie bereits vorgängig beschrieben eine einheitsinterne Kommunikationseinrichtung, wobei die breitbandigen Datensignale zwischen diesen beiden Kommunikationseinrichtungen übertragen werden, indem sie mit einer ersten Koppelvorrichtung einer der beiden Fahrzeugeinheiten von deren einheitsinternen Kommunikationseinrichtung empfangen, über den einheitsübergreifenden Informationsbus, d. h. über die den Informationsbus der beiden Fahrzeugeinheiten verbindenden Informationsbuskupplungen hinweg, zur zweiten Koppelvorrichtung übertragen und von einer zweiten Koppelvorrichtung der zweiten Fahrzeugeinheit deren einheitsinternen Kommunikationseinrichtung zugeführt werden.
Wie bereits vorgängig beschrieben, werden die einheitsinternen Kommunikationseinrichtungen der beiden Fahrzeugeinheiten in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mittels der Koppelvorrichtungen zu einem einheitsübergreifenden Kommunikationsnetz zusammengeschaltet, indem die Koppelvorrichtungen in einem Bridge-Modus betrieben und die breitbandigen Datensignale zwischen den einheitsinternen Kommunikationseinrichtungen der beiden Fahrzeugeinheiten mittels einer Punkt-zu-Punkt Übertragung übertragen werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Koppelvorrichtungen dazu verwendet, Daten redundant zu übertragen. D. h. der Informationsgehalt eines schmalbandigen Datensignals, welches über den Informationsbus zwischen den Fahrzeugeinheiten übertragen wird, wird zum Zweck einer Redundanz mittels der Koppelvorrichtungen zumindest teilweise und im Wesentlichen gleichzeitig als Teil eines breitbandigen Datensignals über den einheitsübergreifenden Informationsbus zwischen den Fahrzeugeinheiten übertragen.
Dadurch kann die Wahrscheinlichkeit, dass der zu übertragende Informationsgehalt sein Ziel auch tatsächlich erreicht, erhöht werden, ohne dass die entsprechenden Daten mehrfach hintereinander als schmalbandiges Datensignal über den Informationsbus übertragen werden müssen. Die Übertragung des Informationsgehalts der schmalbandigen Datensignale geschieht selbst bei schlechten Kontakten der Informationsbuskupplungen, dank der Kapazität und der Gegeninduktivität zwischen den Adern die der Übertragung des schmalbandigen Datensignals dienen und den anderen Adern des Informationsbusses. Bei den hohen Frequenzen des breitbandigen Datensignals werden diese Kapazitäten und Gegeninduktivitäten wirksam.
Wie bereits vorgängig erwähnt, werden die Koppelvorrichtungen bei einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung in einem Bus-Modus betrieben und die breitbandigen Datensignale mittels einer Punkt-zu-Multipunkt Übertragung über den einheitsübergreifenden Informationsbus übertragen.
Wie ebenfalls früher erwähnt, wird bei einer weiteren bevorzugten Erfindungsvariante wenigstens eine Koppelvorrichtung in einem Repeater-Mode betrieben, indem die breitbandigen Datensignale einer ersten Koppelvorrichtung von dieser wenigstens einen Koppelvorrichtung empfangen, regeneriert und an eine nächste Koppelvorrichtung übertragen werden.
Bei einer wieder anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Koppelvorrichtungen im Bus-Modus betrieben werden, werden die Koppelvorrichtungen dazu verwendet, die Reihenfolge der Fahrzeugeinheiten zu bestimmen. Dies geschieht, indem zunächst die Signaldämpfung zwischen den Koppelvorrichtungen bestimmt wird, wenn zwischen diesen ein Datensignal übertragen wird. In Abhängigkeit dieser Signaldämpfung wird dann anschliessend die Reihenfolge der Fahrzeugeinheiten bestimmt.
Hierzu werden von einer bestimmten Koppelvorrichtung insbesondere die Empfangspegel der von den anderen Koppelvorrichtungen ausgesandten, breitbandigen Datensignale gemessen, von welchen jeweils die Sendepegel bekannt sind. Aus dem bekannten Sendepegel und dem gemessenen Empfangspegel wird die Dämpfung auf dem Informationsbus zwischen den betreffenden beiden Koppelvorrichtungen bestimmt. Unter der Annahme, dass eine Koppelvorrichtung von der messenden Koppelvorrichtung umso weiter entfernt ist, je grösser diese Dämpfung ausfällt, lässt sich die Reihenfolge der Koppelvorrichtungen und daraus auch diejenige der zugehörigen Fahrzeugeinheiten bestimmen.
Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Ein erfindungsgemässes Schienenfahrzeug mit einer Fahrzeugeinheit, welche einen einzelnen Wagen umfasst;
Fig. 2: Ein erfindungsgemässes Schienenfahrzeug mit einer Fahrzeugeinheit, welche eine aus drei Wagen bestehende Wagenkomposition umfasst;
Fig. 3: eine schematische Darstellung der Fahrzeugeinheit aus Fig. 2;
Fig. 4: ein erfindungsgemässes Schienenfahrzeug mit mehreren, jeweils einen Wagen umfassenden Fahrzeugeinheiten, bei welchem die Koppelvorrichtungen im Bridge-Modus betrieben werden;
Fig. 5: eine schematische Darstellung eines Schaltplanes des Buskopplers einer Koppelvorrichtung;
Fig. 6: ein erfindungsgemässes Schienenfahrzeug mit mehreren, aneinandergekoppelten, jeweils mehrere Wagen umfassenden Fahrzeugeinheiten, bei welchem die Koppelvorrichtungen im Bridge-Modus betrieben werden;
Fig. 7: eine schematische Darstellung des einheitsübergreifenden Kommunikationsnetzes des Schienenfahrzeugs aus Fig. 6 und
Fig. 8: ein erfindungsgemässes Schienenfahrzeug mit mehreren, jeweils einen Wagen umfassenden Fahrzeugeinheiten, bei welchem die Koppelvorrichtungen im Bus-Modus betrieben werden.

Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe Fahrzeugeinheit, in diesem Fall ein einzelner Eisenbahnwagen 1, welcher einen Informationsbus 2 mit Informationsbuskuppfungen 3, einem wagenintemen Kommunikationsnetz 4 und eine Koppelvorrichtung 5 umfasst. Die Koppelvorrichtung 5 ist sowohl an den Informationsbus 2, als auch an das Kommunikationsnetz 4 angeschlossen. Die Informationsbuskupplungen 3 sollten allerdings nicht mit den Wagenkupplungen (nicht dargestellt) verwechselt werden, mit welchen mehrere solche Eisenbahnwagen 1 aneinander gekuppelt werden. Allerdings ist es möglich, dass die Informationsbuskupplungen 3 quasi in diese Wagenkupplungen integriert sind, sodass die Informationsbusse verschiedener Wagen automatisch miteinander zu einem zugweiten Informationsbus verbunden werden, wenn zwei solche Eisenbahnwagen 1 aneinander gekoppelt werden. Bei dem Informationsbus 2 handelt es sich physikalisch beispielsweise um ein sogenanntes Zugbuskabel, beispielsweise um ein UIC Zugbuskabel- Solche UIC Kabel gibt es in verschiedenen Ausführungen mit jeweils mehr oder weniger Adern/Leitungspaaren. Während die Adern dieser UIC Kabel typischerweise nicht separat abgeschirmt sind, gibt es auch Ausführungen, welche eines oder mehrere, separat abgeschirmte Leiterpaare aufweisen. Solche UIC Kabel werden beispielsweise für die sogenannten "integrierten Bordinformations-Systeme" (IBIS) verwendet. Wenn ein separat abgeschirmtes Leiterpaar vorhanden ist, wird bevorzugt dieses für die Übertragung der breitbandigen Datensignale verwendet.
Die Koppelvorrichtung 5 umfasst nicht nur einen Buskoppler, der die Datensignale aus dem bzw. in den Informationsbus 2 ein- resp. auskoppelt, sondern typischerweise auch einen Modem-Teil sowie eine Schnittstelle zum Kommunikationsnetz 4. Sie kann auch weitere Teile und Schnittstellen umfassen. Das Kommunikationsnetz 4 kann an sich ein beliebiges Netzwerk sein, über welches Datensignale übertragen werden können. In diesem Fall ist es ein Ethernet-Netzwerk, wobei die Koppelvorrichtung 5 eine Ethernet-Schnittstelle umfasst, über welche sie mit einem entsprechenden Ethernet-Kabel an das Kommunikationsnetz 4 angeschlossen ist, welches hierfür beispielsweise einen oder mehrere (nicht dargestellte) Ethernet-Switches umfasst.
Mit Hilfe der Koppelvorrichtung 5 können nun breitbandige Daten, deren Frequenzbereich über 1 MHz liegt, in den Informationsbus 2 eingekoppelt, über diesen übertragen und mit einer anderen Koppelvorrichtung eines anderen Bahnwagens wieder aus dem Informationsbus 2 ausgekoppelt werden.
Zur Ausführung der Erfindung kann das Kommunikationsnetz 4 auch weggelassen werden. Für gewisse Anwendungen reicht es nämlich aus, wenn die breitbandigen Datensignale über den Informationsbus 2 übertragen, von einer Koppelvorrichtung 5 aus dem Informationsbus 2 ausgekoppelt und gegebenenfalls verarbeitet und an eine andere Koppelvorrichtung weitergeleitet werden, ohne dass die so übertragenen Daten über das Kommunikationsnetz 4 zu einem weiteren Gerät übertragen werden müssten.
Weiter ist es auch möglich, dass anstelle des Kommunikationsnetzes 4 ein einzelnes Datenverarbeitungs- oder Datenendgerät wie beispielsweise ein Computer, ein Display/Bildschirm, eine Videokamera oder ein ähnliches Gerät vorgesehen ist, welches über eine entsprechende Kommunikationsverbindung (drahtgebunden oder auch drahtlos) an die Koppelvorrichtung 5 anschliessbar ist.
Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemässes Schienenfahrzeug, welches eine Komposition 6 umfasst, die aus drei fest aneinander gekoppelten Wagen 6.1, 6.2, 6.3 besteht. Zwar können die einzelnen Wagen 6.1, 6.2, 6.3 einer solchen Komposition 6 durchaus voneinander getrennt werden, dies wird typischerweise aber nicht gemacht, sodass die einzelnen Kommunikationsnetze 4.1, 4.2, 4.3 untereinander fest zu einem einzigen, kompositionsweiten Kommunikationsnetz 4 verbunden werden, wie dies schematisch in Fig. 3 dargestellt ist.
Fig. 4 zeigt ein weiteres erfindungsgemässes Schienenfahrzeug mit mehreren Fahrzeugeinheiten, d. h. den einzelnen Wagen 1.1, 1.2, 1.3 sowie einer Lokomotive 7 (oder auch ein Triebwagen) welche zu einem Zug zusammengekoppelt sind. Die Lokomotive 7 umfasst eine an deren Informationsbus 2 angeschlossene Koppelvorrichtung 5.1 und jeder Wagen 3.1, 1.2, 1.3 umfasst zwei Koppelvorrichtungen 5.2 und 5.3, 5.4 und 5.5 sowie 5.6 und 5.7, welche an jeweils einem Ende der Wagen 1.1, 1_2, 1_3 angeordnet sind. Diese Koppelvorrichtungen 5.1 - 5.7 werden im Bridge-Modus betrieben. Die Datensignale werden jeweils nur zwischen zwei benachbarten Koppelvorrichtungen, d. h. zwischen den Koppelvorrichtungen 5.1 und 5.2, den Koppelvorrichtungen 5.3 und 5.4, den Koppelvorrichtungen 5.5 und 5.6 etc. über den Informationsbus 2 übertragen, um jeweils die Kommunikationsnetze 4.1, 4.2, 4.3 benachbarter Fahrzeugeinheiten miteinander zu verbinden. Diese Paare von Koppelvorrichtungen bilden jeweils eine Brücke zwischen den entsprechenden Kommunikationsnetzen 4.1, 4.2, 4.3, über welche die Signale zwischen den einzelnen Kommunikationsnetzen 4.1, 4.2, 4.3 transparent übertragen werden.
Die Signale werden daher lediglich auf den kurzen Abschnitten des Informationsbusses 2 zwischen jeweils zwei Koppelvorrichtungen benachbarter Wagen übertragen, was hohe Datenraten ermöglicht, weil die Kanaldämpfung auf diesen kurzen Verbindungsstücken gering und der Signal-Rausch-Abstand entsprechend hoch ist.
Die Koppelvorrichtungen 5.1-5.7 sind hierbei mit jeweils einem Tiefpassfilter, nachfolgend auch einfach als Filter bezeichnet, ausgerüstet, welche jeweils auf jener Seite einer Koppelvorrichtung 5.1-5.7 angeordnet sind, welche der Informationsbuskupplung 3 des entsprechenden Wagens 1.1, 1.2, 1.3 bzw. Lokomotive 7 gegenüber liegt. Diese Filter dienen dazu, die Übertragung der breitbandigen Datensignale innerhalb eines Wagens 1.2, 13, 1.4 über den Informationsbus 2 zur jeweils anderen Koppelvorrichtung dieses Wagens 1.2, 1.3, 1.4 zu unterdrücken. Das zwischen diesen Tiefpassfiltern liegende Stück des Informationsbusses 2 jedes Wagens 1.2, 1.3, 1.4 ist deshalb jeweils gestrichelt dargestellt.
Bei der Lokomotive 7 ist die Ethernet-Schnittstelle der Koppelvorrichtung 5.1 nicht wie bei den Wagen 1.1, 1.2, 1.3 mit einem Ethernet-Switch (nicht dargestellt), sondern direkt mit einem Datenverarbeitungsgerät, in diesem Fall ein Server 8, verbunden, von welchem aus beispielsweise grosse Datenmengen zu den einzelnen Wgen 1.1, 1.2, 1.3 übertragen werden können. Der Server 8 ist beispielsweise über eine (nicht dargestellte) Verbindung an das Internet angeschlossen, was es einem Fahrgast in einem der Wagen 1.1, 1_2, 1.3 erlaubt, im Internet zu surfen. Oder der Server 8 umfasst einen grossen Speicher, auf welchem die eingangs erwähnten Filme gespeichert sind, von wo sie sich ein Fahrgast in einen Wagen 1.1, 1.2, 1.3 herunterladen und wie erwähnt auf einem persönlichen (oder auch gemeinsamen) Bildschirm anschauen kann.
In Fig. 5 ist der Buskoppler 9 dargestellt, wie er beispielsweise in die Koppelvorrichtungen 5.1-5.7 eingebaut ist. Der Buskoppler 9 ist zur induktiven Kopplung der Datensignale in den bzw. aus dem Informationsbus 2 ausgebildet und weist eine niedrige Induktivität auf. Er umfasst einen ersten Informationsbusanschluss 10 mit zwei Anschlüssen 10.1, 10.2, einen zweiten Informationsbusanschluss 11 mit zwei Anschlüssen 11.1, 11.2, eine Modemschnittstelle 16 mit zwei Anschlüssen 16.1, 16.2, eine Koppelschaltung 12, ein Tiepfassfilter 14 sowie einen zwischen die Koppelschaltung 12 und die Modemschnittstelle 16 geschalteten Transientenschutz 15. Der Buskoppler 9 wird jeweils in den Informationsbus 2 eingeschaltet. Das für die Übertragung der breitbandigen Datensignale verwendete Leiterpaar des Informationsbusses 2 wird hierfür aufgetrennt, und die beiden Enden dieses Leiterpaares werden jeweils an einem der beiden Informationsbusanschlüsse 10, 11 an den Buskoppler 9 angeschlossen. Diese Auftrennung des Informationsbusses erfolgt selbstverständlich bevorzugt zwischen zwei gegebenenfalls ohnehin vorhandenen Steckern, sodass das Kabel nicht beschädigt werden muss.
Für die induktive Kopplung umfasst die Koppelschaltung 12 zwei Übertrager 13 mit jeweils zwei Wicklungen 13.1, 13.2. Die beiden Anschlüsse 10.1, 10.2 des ersten Informationsbusanschlusses 10 sind mit je einem Ende der Wicklungen 13.1 verbunden und die beiden anderen Enden der Wicklungen 13.1 sind via das Tiefpassfilter 14 mit dem zweiten Informationsbusanschluss 11 verbunden. Jeweils ein Ende der Wicklungen 13.2 beider Übertrager 13 sind direkt miteinander verbunden und das jeweils andere Ende der Wicklungen 13.2 ist mit je einem der Anschlüsse 16.1, 16.2 der Modemschnittstelle 16 verbunden.
Das Tiefpassfilter 14 umfasst je eine Induktivität 14.1 in den Verbindungsleitungen zwischen den Enden der Wicklungen 13.1 zu den Anschlüssen 11.1, 11.2 des zweiten Informationsbusanschlusses 11 sowie je eine Kapazität 14.2 zwischen den beiden Enden der Wicklungen 13.1 bzw. zwischen den beiden Anschlüssen 11.1, 11.2 des zweiten Informationsbusanschlusses 11. Die induktivität der beiden Induktivitäten 14.1 beträgt beispielsweise jeweils 10 µH. Die Kapazität der beiden Kapazitäten 14.2 beträgt beispielsweise jeweils 10nF.
Um das Übersprechen via die Aderkapazitäten und Gegeninduktivitäten zu reduzieren, können bei den übrigen Adern des Informationsbusses auch weitere Filterelemente vorgesehen sein. Zu der Kapazität 14.2 zwischen den beiden Enden der Wicklungen 13.1 ist zu erwähnen, dass diese nicht nur zum Tiefpassfilter gehört, sondern auch Teil der Koppelschaltung ist und dort quasi einen HF-Kurzschluss bildet.
Der Transientenschutz 15 umfasst vier Dioden 15.1, 15.2, 15.3, 15.4 in einer Vollbrückenschaltung sowie einer Schottky-Diode 15.5, deren Anode mit den Anoden der Dioden 15.1, 15.2 und deren Kathode mit den Kathoden der Dioden 15.3, 15.4 verbunden ist. Die Kathoden der Diode 15.1 bzw. 15.2 sind jeweils mit den Anoden der Dioden 15.3 bzw. 15.4 zusammengelegt und einerseits mit dem freien Ende je einer der Wicklungen 13.2 wie andererseits auch mit je einem der Anschlüsse 16.1, 16.2 der Modemschnittstelle 16 verbunden.
Bei diesem Tiefpassfilter resultiert eine Kennlinie, bei welcher niederfrequente Signale unterhalb von 100 kHz ungedämpft das Filter passieren, bei welcher jedoch bei einer Frequenz von 1.5 MHz bereits eine Dämpfung von 40 dB resultiert.
Für die Übertragung der breitbandigen Datensignale sollte wie weiter oben bereits erwähnt eine Übertragungstechnologie verwendet werden, welche einige bestimmte Eigenschaften aufweist, damit sie mit der bestehenden schmalbandigen Datenübertragung über den Informationsbus koexistieren kann. So sollte sie für die Übertragung von breitbandigen Datensignalen beispielsweise ausschliesslich den Frequenzbereich über 1 MHz verwenden, sollte eine effiziente Kanalcodierung mit einer starken Fehlerkorrektur aufweisen und sie sollte für eine effiziente Kanalausnutzung möglichst ein adaptives, trägerselektives Bitloading ermöglichen.
Ein Beispiel für eine derartige Übertragungstechnologie sind die für die hochbitratige Datenübertragung über Stromversorgungsnetze entwickelten, sogenannten PLC (power line communication) - Technologien.
Eine solche PLC-Übertragungstechnologie wird daher bevorzugt zur Realisierung der Erfindung eingesetzt. Die Datenübertragung erfolgt z. B. mit einem codierten OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) Übertragungsverfahren mit bis über 1000 Unterträgern in einem Frequenzraster von einigen kHz. Hierbei ist jeder Unterträger QAM (quadrature amplitude modulation) moduliert mit einem Symbolalphabet (bit loading), welches den spezifischen Kanalbedingungen bei der jeweiligen Unterfrequenz angepasst wird. Dies erlaubt eine optimale Ausnutzung des freuqenz- und zeitselektiven Kanals und ermöglicht zudem eine scharf definierte Spektrumsmaskierung, beispielsweise um EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) - kritische Frequenzbereiche auszublenden. Die technischen Daten dieser Technologie sind im Einzelnen:

Modulation:: OFDM mit 4 bis 1024 QAM-modulierten Unterträgern
Kanalcodierung: concatenated Reed-Solomon + 4D Trellis
Betriebsfrequenzbereich:: 2 bis 34 MHz, wobei das Sendespektrum beliebig maskierbar ist,
Sendeleistung:: ca. -50 d8m/Hz (was in der vollen Bandbreite ca. 200 mW ergibt),
Kanaladaptivität:: bit loading 2 bis 10 bit pro Unterträger
spektrale Effizienz:: maximal 7 bit/Hz (netto)
Datendurchsatz:: maximal 205 Mbit/s (auf dem physical layer)
Netto-Datendurchsatz:: maximal ca. 120 Mbit/s (TCP)
Leitungsdämpfung:: ca. 40 dB bei maximalem Datendurchsatz (falls keine Störungen vorhanden sind und ohne Spektrumsmaskierung) ca. 70 dB bei 20% des maximalen Durchsatzes

D. h. die mittels Ethernet-Protokoll über die Kommunikationsnetze der Fahrzeugeinheiten übertragenen Daten werden von einer Koppelvorrichtung (bzw. dessen Modem-Teil) ausgepackt und, um sie mittels eines PLC-spezifischen Protokolls über den Informationsbus zu übertragen, erneut verpackt. Empfangsseitig wiederholt sich dieser Umverpackungsvorgang und die Nutzdaten erscheinen wiederum an der Ethernet Schnittstelle der Koppelvorrichtung. Die entsprechende Latenzzeit beträgt typischerweise weniger als 10 ms. Weiter kann die verwendete Technologie beispielsweise auch spezielle Netzwerkprotokolle wie TCP/IP, DHCP, FTP, VLAN, http, STP, SNMP unterstützen. Diese Protokolle dienen beispielsweise für das Auslesen von Diagnostikdaten, zur automatischen IP-Adressvergabe, für den File-Transfer, als Zugangsschutz sowie für das Netzwerkmanagement. Zudem können die über den Informationsbus typischerweise offen übertragenen Nutzdaten mit einem entsprechenden Algorithmus (z. B. 802.1 Q VLAN, DES/3DES) verschlüsselt werden. Die Koppelvorrichtungen können auch über mehrere Schnittstellen verfügen (z.B. UPA powerline, 10/100 base-T, RS232).
In Fig. 6 ist ein weiteres Schienenfahrzeug dargestellt. Dieses umfasst mehrere Kompositionen 20.1, 20.2, 20.3 mit jeweils mehreren Wagen 20.11, 20.12, 20.13, 20.14, 20.21, 20.22, 20.23, 20.24, 20.31. Jeder Wagen umfasst einen Informationsbus 2, welche durch die Informationsbuskupplungen 3 an jedem Wagen zu einem kompositionsübergreifenden, d. h. schienenfahrzeugweiten Informationsbus 2 zusammengeschaltet sind. Weiter umfasst jeder Wagen ein Ethernet-Netz 17.1, wobei jeweils die zwei Ethernet-Netze 17.1 benachbarter Wagen innerhalb einer Komposition 20.1, 20.2, 20.3 miteinander verbunden sind, sodass diese Ethernet-Netze 17.1 sämtlicher Wagen einer Komposition 20.1, 20.2, 20.3 zu einem gemeinsamen, kompositionsinternen, d. h. kompositionsweiten Ethernet 17.0 zusammengeschlossen sind. Weiter umfasst jede Komposition zwei im Bridge-Modus betriebene Koppelvorrichtungen 5.8, welche wiederum jeweils an den Enden jeder Komposition angeordnet sind und ein Tiefpassfilter umfassen.
Bei der Übertragung von breitbandigen Datensignalen, beispielsweise von der ersten Komposition 20.1 zur zweiten Komposition 20.2, werden diese Datensignale etwa im Server 8 des Wagens 20.11 (welcher in diesem Fall ein Triebwagen dieses Schienenfahrzeugs ist), erzeugt und via das Ethernet-Netz 17.0 dieser Komposition 20.1 zur Koppelvorrichtung 5.8 im Wagen 20.14 am anderen Ende dieser Komposition 20,1 übertragen. Diese empfängt das Datensignal, koppelt es in den Informationsbus 2 ein, wo es über die Informationsbuskupplung 3 zwischen den Kompositionen 20.1 und 20.2 hinweg zur benachbarten Koppelvorrichtung 5.8 im Wagen 20.21 übertragen wird. Diese koppelt das Datensignal aus dem Informationsbus 2 aus und sendet es über das Ethernet-Netz 4 dieser Komposition 20.2 an den gewünschten Ort innerhalb dieser Komposition.
Das Tiefpassfilter der Koppelvorrichtung 5.8 im Wagen 20.14 verhindert hierbei, dass das Datensignal über den kompositionsinternen Informationsbus 2 zur Koppelvorrichtung 5.8 im Wagen 20.11 übertragen wird. Entsprechend verhindert das Tiefpassfilter der Koppelvorrichtung 5.8 im Wagen 20.21, dass das Datensignal über den kompositionsinternen Informationsbus Z zur Koppelvorrichtung 5.8 im Wagen 20.14 übertragen wird. Die breitbandigen Datensignale werden auf dem Informationsbus 2 folglich nur jeweils über die Informationsfausabschnitte 2.1 zwischen zwei benachbarten Koppelvorrichtungen 5.8 zweier aufeinander folgenden Kompositionen 20.1 und 20.2 bzw. 20.2 und 20.3 übertragen.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung des Ethernet-Netzes 17, das durch die Zusammenschaltung der einzelnen, kompositionsinternen Ethernet-Netze 17.0 des Schienenfahrzeugs aus Fig. 6 mittels der im Bridge-Modus betriebenen Koppelvorrichtungen 5.8 entsteht.
Jeder Wagen umfasst wenigstens einen Ethernet-Switch 21, welcher jeweils mit dem Ethernet-Switch 21 eines anderen Wagens derselben Komposition durch ein entsprechendes Ethernet-Kabel 22 verbunden ist. Im vorliegenden Beispiel ist am Ethernet-Switch 21 des Wagens 20.11 der Server 8 angeschlossen. Weiter ist dieser Ethernet-Switch 21 des Wagens 20.11 mit den Ethernet-Switches 21 der Wagen 20.12 und 20.13 verbunden, welche wiederum ihrerseits mit dem Ethemet-Switch 21 des Wagens 20.14 verbunden sind. Am Ethernet-Switch 21 dieses Wagens 20.14 ist die Koppelvorrichtung 5.8 dieses Wagens angeschlossen. Diese wiederum ist über den Informationsbusabschnitt 2.1 zwischen den Kompositionen 20.1 und 20.2 mit der Koppelvorrichtung 5.8 des Wagens 20.21 verbunden. Die Ethemet-Switches 21 der Wagen 20.11, 20.12, 20.13 und 20.14 sind durch die Ethernet-Kabel 22 folglich zu einem ringförmigen Ethernet 17.0 zusammengeschlossen.
In analoger Weise sind die Ethernet-Switches 21 der Wagen 20.21, 20.22, 20.23 und 20.24 der Komposition 20.2 durch die Ethernet-Kabel 22 zu einem weiteren, ringförmigen Ethernet-Netz 17.0 verbunden, wobei die beiden Ethernet-Netze 17.0 der Kompositionen 20.1 und 20.2 durch die Koppelvorrichtungen 5.8 der Wagen 20.14 bzw. 20.21 sowie den dazwischen liegenden Informationsbusabschnitt 2.1 zu dem schienenfahrzeugweiten, d. h. kompositionsübergreifenden Ethernet-Netz 17 zusammengefügt sind.
Selbstverständlich ist es auch möglich, dass pro Wagen zusätzliche Ethernet-Switches 21 vorhanden sind, welche in die kompositionsintemen Ethernet-Netze 17.0 eingeschaltet sind.
Mit Hilfe von entsprechenden, bekannten, auf Ethernet basierenden Protokollen (wie beispielsweise dem LLDP (link layer discovery protocol) lässt sich die Struktur eines solchen Ethernet-Netzes 17 bestimmen. Das LLDP ist beispielsweise in der Veröffentlichung "Die Entdeckung der Netzwerk-Topologie", Markus Rentschler, Elektronik 24/2005 näher beschrieben. Daraus wiederum kann dann, beispielsweise vom Server 8, die Reihenfolge der einzelnen Wagen des gesamten Schienenfahrzeugs bestimmt werden.
Jeder Wagen besitzt hierfür in der Regel eine eigene Bezeichnung, typischerweise in Form einer Nummer, welche in einem Speicher dieses Wagens, beispielsweise in einem Switch per Dongle abgespeichert ist.
Im Gegensatz dazu muss die Reihenfolge der Wagen bei dem in Fig. 8 dargestellten Beispiel auf andere Weise ermittelt werden. In diesem Beispiel werden die in den Wagen 20.4, 20.5, 20.6, 20.7 vorhandenen Koppelvorrichtungen 5.8 nämlich im Bus-Modus betrieben, sodass der Informationsbus 2 als Backbone für die Übertragung von breitbandigen Datensignalen zwischen zwei beliebigen, irgendwo an den Informationsbus 2 angeschlossenen Koppelvorrichtungen 5.8 dient. Die Ethernet-Netze 17.1 der einzelnen Wagen, sind daher nicht zu einem wagenübergreifenden Ethernet-Netz zusammengeschlossen, weshalb das LLDP für die Reihenfolgebestimmung nicht verwendet werden kann.
In diesem Beispiel wird die Reihenfolge der einzelnen Wagen durch eine Messung der Empfangspegel der einzelnen Koppelvorrichtungen 5.8 bestimmt. D.h. über den Informationsbus 2 werden Datensignale mit jeweils einem bestimmten Sendepegel übertragen und bei der empfangenden Koppelvorrichtung 5.8 wird der Pegel des empfangenen Datensignals bestimmt. Aus dem bekannten Sendepegel und dem gemessenen Empfangspegel wird dann die Reihenfolge zwischen den beiden beteiligten Koppelvorrichtungen 5.8 bestimmt. Aus der Reihenfolge der Koppelvorrichtungen 5.8 lässt sich anschliessend die Reihenfolge der Wagen bestimmen. Das Ganze erfolgt typischerweise so, dass die Signaldäpmpfung bei der Übertragung der Datensignale zwischen einer bestimmten Koppelvorrichtung 5.8 und den anderen, vorhandenen Koppelvorrichtungen 5.8 bestimmt wird. Die bestimmte Koppelvorrichtung 5.8, welche für diese Bestimmung der Empfangspegel verwendet wird, ist typischerweise jene im vordersten Wagen 20.4 (typischerweise eine Lokomotive oder ein Triebwagen) und wird auch als Master bezeichnet. Die restlichen Koppelvorrichtungen werden dann in der Regel als Slaves bezeichnet.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass es die Erfindung in einem Schienenfahrzeug, bei welchem die einzelnen Fahrzeugeinheiten über einen für schmalbandige Datenübertragung ausgelegten Informationsbus verfügen, der über entsprechende Informationsbuskupplungen zu einem schienenfahrzeugweiten Informationsbus zusammengeschaltet ist, erlaubt, eine Übertragung von Datensignalen mit einer hohen Bandbreite sowie im Frequenzbereich über 1 MHz sowohl innerhalb einer Fahrzeugeinheit, als auch zwischen mehreren Fahrzeugeinheiten zu realisieren.

Claims

Schienenfahrzeug mit einer oder mehreren Fahrzeugeinheiten, welche jeweils einen oder mehrere Wagen umfassen,
a) wobei wenigstens eine Fahrzeugeinheit einen für eine schmalbandige Datenübertragung ausgelegten, einheitsinternen Informationsbus umfasst,

b) und die wenigstens eine Fahrzeugeinheit an einem ihrer Enden eine Informationsbuskupplung umfasst, mittels welcher der einheitsinterne Informationsbus dieser wenigstens einen Fahrzeugeinheit mit einem einheitsinternen Informationsbus einer anderen Fahrzeugeinheit zu einem einheitsübergreifenden Informationsbus zusammenschaltbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass

c) die wenigstens eine Fahrzeugeinheit mindestens eine Koppelvorrichtung umfasst,

d) welche an den einheitsinternen Informationsbus der wenigstens einen Fahrzeugeinheit angeschlossen ist,

e) und mit welcher breitbandige Datensignale aus dem einheitsinternen Informationsbus auskoppelbar bzw. in den einheitsinternen Informationsbus einkoppelbar und über den einheitsinternen Informationsbus übertragbar sind.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Fahrzeugeinheit eine einheitsinterne Kommunikationseinrichtung zur Übertragung von Datensignalen, insbesondere eine Kommunikationseinrichtung für eine breitbandige Datenübertragung , umfasst, die Koppelvorrichtung an die einheitsinterne Kommunikationseinrichtung angeschlossen ist und die Datensignale mit der Koppelvorrichtung aus der einheitsinternen Kommunikationseinrichtung aus- und in den einheitsinternen Informationsbus einkoppelbar bzw. aus dem einheitsinternen Informationsbus aus- und in die einheitsinternen Kommunikationseinrichtung einkoppelbar sind.
Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der einheitsinterne Informationsbus wenigstens eine der folgenden Eigenschaften aufweist:
a) er ist ungeschirmt,

b) er weist für Frequenzen über 1 MHz eine schlechte Symmetrie auf,

c) er umfasst Verzweigungen,

d) er weist an seinen Enden eine Totalreflexion auf,

e) er weist inhomogene charakteristische Leitungsimpedanzen auf,

f) er weist eine hohe Laufzeitdispersion auf.
Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1-3, mit zwei benachbarten Fahrzeugeinheiten, welche je eine einheitsinterne Kommunikationseinrichtung, einen einheitsinternen Informationsbus sowie an einem ihrer Enden eine Informationsbuskupplung umfassen, die beiden einheitsinternen Informationsbusse mit den Informationsbuskupplungen zu einem einheitsübergreifenden Informationsbus zusammengeschaltet sind und die Koppelvorrichtungen in einem Bridge-Modus betreibbar sind, in welchem die breitbandigen Datensignale zwischen den einheitsinternen Kommunikationseinrichtungen der beiden Fahrzeugeinheiten mit einer Punkt-zu-Punkt Übertragung über den einheitsübergreifenden Informationsbus übertragbar sind, wobei die Koppelvorrichtungen jeweils bevorzugt an jenem Ende einer Fahrzeugeinheit mit der Informationsbuskupplung angeordnet sind.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 4, wobei jede Koppelvorrichtung ein Tiefpassfilter umfasst, welches typischerweise eine Grenzfrequenz von weniger als 1 MHz aufweist und auf einer von der Informationsbuskupplung abgewandten Seite der Koppelvorrichtung in den einheitsinternen Informationsbus geschaltet ist, sodass eine Ausbreitung der breitbandigen Datensignale auf dem einheitsinternen Informationsbus von der Koppelvorrichtung in Richtung weg von der Informationsbuskupplung unterdrückbar ist.
Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1-3, mit zwei Fahrzeugeinheiten, welche je einen einheitsinternen Informationsbus sowie an einem ihrer Enden eine informationsbuskupplung umfassen, die beiden einheitsinternen Informationsbusse mit den Informationsbuskupplungen zu einem einheitsübergreifenden Informationsbus zusammengeschaltet sind und die Koppelvorrichtungen in einem Bus-Modus betreibbar sind, in welchem die breitbandigen Datensignale mit einer Punkt-zu-Multipunkt Übertragung über den einheitsübergreifenden Informationsbus übertragbar sind.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 6, wobei die beiden Fahrzeugeinheiten je eine einheitsinterne Kommunikationseinrichtung umfassen, die Koppelvorrichtungen der beiden Fahrzeugeinheiten jeweils an die einheitsinterne Kommunikationseinrichtung angeschlossen sind und die breitbandigen Datensignale von bzw. zu einer an eine einheitsinterne Kommunikationseinrichtung angeschlossenen Datenverarbeitungsvorrichtung übertragbar sind.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 7, wobei wenigstens eine Koppelvorrichtung in einem Repeater-Mode betreibbar ist, in welchem die breitbandigen Datensignale einer ersten Koppelvorrichtung von dieser wenigstens einen Koppelvorrichtung empfangen, regeneriert und an eine nächste Koppelvorrichtung übertragbar sind.
Verfahren zur Datenübertragung in einem Schienenfahrzeug mit einer oder mehreren Fahrzeugeinheiten, welche jeweils einen oder mehrere Wagen sowie je einen für eine schmalbandige Datenübertragung ausgelegten, einheitsinternen Informationsbus umfassen,
dadurch gekennzeichnet, dass
f) breitbandige Datensignale über den einheitsinternen Informationsbus übertragen werden,

g) indem die breitbandigen Datensignale mit einer ersten Koppelvorrichtung einer der Fahrzeugeinheiten in den einheitsinternen Informationsbus eingekoppelt, über den einheitsinternen Informationsbus übertragen und mit einer zweiten Koppelvorrichtung einer der Fahrzeugeinheiten aus dem einheitsinternen Informationsbus ausgekoppelt werden.
Verfahren nach Anspruch 9 in einem Schienenfahrzeug mit zwei benachbarten Fahrzeugeinheiten, wobei die einheitsintemen Informationsbusse der beiden Fahrzeugeinheiten mittels Informationsbuskupplungen der Fahrzeugeinheiten zu einem einheitsübergreifenden Informationsbus zusammengeschaltet werden und die breitbandigen Datensignale von einer ersten Koppelvorrichtung einer ersten Fahrzeugeinheit über den einheitsübergreifenden Informationsbus zu einer zweiten Koppelvorrichtung einer zweiten Fahrzeugeinheit übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 10 in einem Schienenfahrzeug mit zwei benachbarten Fahrzeugeinheiten, welche je eine einheitsinterne Kommunikationseinrichtung umfassen, wobei
a) die breitbandigen Datensignale zwischen den beiden Kommunikationseinrichtungen übertragen werden, indem

b) die breitbandigen Datensignale mit der ersten Koppelvorrichtung von der einheitsinternen Kommunikationseinrichtung der ersten Fahrzeugeinheit empfangen,

c) über den einheitsübergreifenden Informationsbus zur zweiten Koppelvorrichtung übertragen und

d) von der zweiten Koppelvorrichtung der einheitsinternen Kommunikationseinrichtung der zweiten Fahrzeugeinheit zugeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10-11, wobei die einheitsinternen Kommunikationseinrichtungen der beiden Fahrzeugeinheiten mittels der Koppelvorrichtungen zu einem einheitsübergreifenden Kommunikationsnetz zusammengeschaltet werden, indem die Koppelvorrichtungen in einem Bridge-Modus betrieben und die breitbandigen Datensignale zwischen den einheitsinternen Kommunikationseinrichtungen der beiden Fahrzeugeinheiten mittels einer Punkt-zu-Punkt Übertragung übertragen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10-12, wobei ein schmalbandiges Datensignal über den Informationsbus zwischen den benachbarten Fahrzeugeinheiten übertragen wird und ein Informationsgehalt des schmalbandigen Datensignals zum Zweck einer Redundanz mittels der Koppelvorrichtungen im Wesentlichen gleichzeitig als Teil eines breitbandigen Datensignals über den einheitsübergreifenden Informationsbus zwischen den Fahrzeugeinheiten übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10-11, wobei die Koppelvorrichtungen in einem Bus-Modus betrieben und die breitbandigen Datensignale mittels einer Punkt-zu-Multipunkt Übertragung über den einheitsübergreifenden Informationsbus übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei wenigstens eine Koppelvorrichtung in einem Repeater-Mode betrieben wird, indem die breitbandigen Datensignale einer ersten Koppelvorrichtung von dieser wenigstens einen Koppelvorrichtung empfangen, regeneriert und an eine nächste Koppelvorrichtung übertragen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14-15, wobei eine Signaldämpfung bei einer Übertragung eines Datensignals zwischen den Koppelvorrichtungen der Fahrzeugeinheiten, und in Abhängigkeit dieser Signaldämpfungen eine Reihenfolge der Fahrzeugeinheiten bestimmt wird.