Beschreibung
Kommunikationseinrichtung und Verfahren zu deren Betrieb
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kommunikationseinrichtung zum Herstellen einer Kommunikationsverbindung zwischen einem Schienenfahrzeug und einer streckenseitigen Zentraleinrichtung .
Derartige Kommunikationseinrichtungen sind beispielsweise im Zusammenhang mit Zugbeeinflussungssystemen bekannt, die ein Steuern des Zuges von streckenseitigen Steuer- oder Leitzentralen aus ermöglichen.
Ausgehend von einer solchen Kommunikationseinrichtung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese derart weiterzuent¬ wickeln, dass während des Betriebs des Schienenfahrzeugs Da¬ ten besser als bisher übertragen werden können, insbesondere mit einem höheren Signal-Rauschabstand und/oder mit einer ge- ringeren Bitfehlerrate.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kommunikations¬ einrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kommunika- tionseinrichtung sind in Unteransprüchen angegeben.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kommunikati¬ onseinrichtung eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung mit einer verstellbaren Sende- und/oder Empfangscharakteristik sowie eine damit verbundene Steuereinrichtung aufweist, die in Abhängigkeit von der jeweiligen Sende- und/oder Empfangs¬ situation die Sende- und/oder Empfangscharakteristik ihrer Sende- und/oder Empfangseinrichtung einstellt.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Kommunikationseinrichtung ist darin zu sehen, dass diese aufgrund der Einstellbarkeit der Sende- und/oder Empfangscharakteristik ein Anpassen an die jeweiligen örtlichen oder zeitlichen Sen- de- bzw. Empfangsbedingungen ermöglicht. Ein „Einstellen" im Sinne dieser Erfindung schließt insbesondere ein Regeln, ein Nachregeln, ein adaptives Stellen, ein adaptives Verstellen oder auch nur ein einfaches Stellen ein.
Beispielsweise kann vorgesehen werden, bei einem großen Abstand zwischen einer schienenfahrzeugseitigen Kommunikationseinrichtung und einer damit in Verbindung stehenden strecken- seitigen Kommunikationseinrichtung die Sende- und/oder Empfangscharakteristik derart umzustellen, dass eine größere Richtwirkung erzielt wird, so dass auch bei einem großen Abstand eine relativ große Empfangsleistung und damit ein rela¬ tiv großer Signal-Rauschabstand gewährleistet werden kann.
Auch kann durch ein Verstellen der Sende- und/oder Empfangs- Charakteristik ermöglicht werden, etwaig vorhandene Störquel¬ len, die aus bestimmten Winkeln auf die jeweiligen Sende- und/oder Empfangseinrichtungen einwirken, beim Senden und/oder Empfangen auszublenden, so dass sich diese im Signal-Rauschabstand weniger als vorher, vorzugsweise überhaupt nicht, niederschlagen.
Mitunter wird sich auch ein Abbrechen einer Kommunikationsverbindung vermeiden lassen: Ergibt sich nämlich, dass aufgrund der Position des Schienenfahrzeugs auf der Strecke eine Kommunikationsverbindung nur in ganz bestimmten Sende- oder Empfangswinkeln möglich ist, so kann beispielsweise die Sende- und/oder Empfangscharakteristik derart verändert werden, dass bevorzugt oder ausschließlich die für eine Kommunikation noch möglichen Sende- bzw. Empfangswinkel verwendet werden.
Auch kann durch ein Umstellen der Sendeleistung, der Empfangsempfindlichkeit, der Datenkodierung, der Signalmodulati¬ on, der Datenrate, der Wiederholrate, der Sendefrequenz, des Sendezeitschlitzes, des Sendekanals etc. die Sende- und/oder Empfangscharakteristik modifiziert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Kommunikationseinrichtung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung mit einer zur Bestimmung der Position des Schienenfahrzeugs auf der Strecke bestimmten Ortsbestimmungseinrichtung verbunden ist und darüber hinaus auch geeignet ist, in Abhängigkeit von der jeweiligen Position des Schienenfahrzeugs die Sende- und/oder Empfangscharakteristik der Sende- und/oder Empfangseinrichtung einzustellen. Durch ein Berücksichtigen der je- weiligen Position des Schienenfahrzeugs lässt sich nämlich erreichen, dass den jeweiligen örtlichen Begebenheiten Rechnung getragen wird. Ergibt sich beispielsweise, dass das Schienenfahrzeug durch eine Kurve fährt oder in einen Tunnel einfahren wird, so ist damit zu rechnen, dass sich die Sende- bzw. Empfangssituation ändern wird; durch ein Einstellen der Sende- und/oder Empfangscharakteristik in Abhängigkeit von der jeweiligen Position des Schienenfahrzeugs und der Stre- ckentopologie lässt sich eine Verschlechterung der Übertra¬ gungsqualität vermeiden, zumindest reduzieren.
Die Ortsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen der jeweiligen Position des Schienenfahrzeugs kann beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass zur Ortsbestimmung die Lage strecken- seitiger Balisen und/oder das zur Ortung bekannte GPS-System herangezogen wird.
Um ein Einstellen der Sende- und/oder Empfangscharakteristik zu vereinfachen, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Steuereinrichtung mit einer Topologiedatenbank in Verbindung
steht, in der Topologiedaten, beispielsweise der Streckenverlauf, Berge oder Tunnel, eingetragen sind; eine solche Topo- logiedatenbank ermöglicht es, in Abhängigkeit von der jewei¬ ligen Position des Schienenfahrzeugs besonders einfach zu bestimmen, in welcher Art auf die Sende- und/oder Empfangscharakteristik der Sende- und/oder Empfangseinrichtungen eingewirkt werden muss, um eine optimale Signalübertragung zu ermöglichen .
Darüber hinaus wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die
Steuereinrichtung geeignet ist, die jeweilige Sende- und/oder Empfangssituation quantitativ zu messen und die Sende- und/oder Empfangscharakteristik der Sende- und/oder Empfangseinrichtung derart einzustellen, insbesondere adaptiv zu ver- stellen oder nachzuregeln, dass zu jedem Zeitpunkt eine optimale Sende- und/oder Empfangssituation erreicht wird. Ein solches Einstellen der Sende- und/oder Empfangscharakteristik kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Steuereinrichtung die Bitfehlerrate und/oder das Signal-Rauschverhältnis der Datenübertragung quantitativ misst und die Sende- und/oder Empfangscharakteristik der Sende- und/oder Empfangseinrichtung derart einstellt, dass zu jedem Zeitpunkt eine minimale Bitfehlerrate und/oder ein optimales Signal- Rauschverhältnis erreicht wird.
Vorzugsweise verändert die Steuereinrichtung die Sende- und/oder Empfangscharakteristik dadurch, dass sie die räumliche Ausrichtung der Sende- und/oder Empfangseinrichtung verändert. Eine solche Veränderung der räumlichen Ausrichtung kann beispielsweise zweidimensional oder dreidimensional er¬ folgen. Das räumliche Ausrichten wird vorzugsweise derart durchgeführt, dass sich die Sende- und Empfangskeulen zweier miteinander kommunizierender Kommunikationseinrichtungen jederzeit zwei- bzw. dreidimensional optimal überlappen und
sich die Sende- und/oder Empfangseinrichtungen räumlich betrachtet quasi ansehen. Bei einer räumlichen Überlappung der Sende- und Empfangskeulen wird nämlich eine optimale Übertra¬ gungsqualität erreicht.
Ein Verändern der räumlichen Ausrichtung der Sende- und/oder Empfangseinrichtungen kann auf unterschiedliche Weise erfol¬ gen. Beispielsweise kann die Sende- und/oder Empfangseinrichtung mechanisch beweglich, beispielsweise an einer von der Steuereinrichtung angesteuerten Schwenkeinrichtung montiert, sein, so dass die Steuereinrichtung die Sende- und/oder Empfangsrichtung mechanisch verstellen kann.
Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei der Sende- und/oder Empfangseinrichtung um eine Antennenanordnung mit einer Mehrzahl an Antennen handeln, die von der Steuereinrichtung in Abhängigkeit von der gewünschten Sende- und/oder Empfangscharakteristik ein- bzw. ausgeschaltet werden. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Sende- und/oder Emp- fangseinrichtung um eine Phased-Array-Antenne, die eine Mehr¬ zahl an zweidimensional angeordneten Antennenelementen um- fasst und durch eine entsprechende Phasenansteuerung bezüg¬ lich ihrer Sende- bzw. Empfangsrichtung und/oder ihrer Anten- nenrichtwirkung einstellbar ist; eine solche Verstellbarkeit ermöglicht es nämlich, sowohl den Antennengewinn als auch die Sende- bzw. Empfangsrichtung im Hinblick auf eine minimale Fehlerrate und/oder ein optimales Signal-Rauschverhältnis je¬ derzeit optimal einzustellen.
Als Erfindung wird darüber hinaus ein Schienenfahrzeug ange¬ sehen, das mit einer schienenfahrzeugseitigen Kommunikationseinrichtung ausgestattet ist, wie sie oben beschrieben ist.
Auch wird eine streckenseitige Kommunikationseinrichtung als Erfindung angesehen, mit der sich eine Kommunikationsverbindung mit einer schienenfahrzeugseitigen Kommunikationseinrichtung herstellen lässt, soweit die streckenseitige Kommu- nikationseinrichtung wie eingangs beschrieben ausgestaltet ist .
Auch ein Kommunikationssystem mit einer schienenfahrzeugseitigen Kommunikationseinrichtung und einer damit kommunizie- renden streckenseitigen Kommunikationseinrichtung wird als Erfindung angesehen.
Ebenfalls als Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Kommunikationsverbindung zwischen einem Schienenfahrzeug und einer streckenseitigen Zentraleinrichtung angesehen. Dabei wird erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Sende- und/oder Empfangscharakteristik zumindest einer Sende- und/oder Empfangseinrichtung in Abhängigkeit von der jeweiligen Sende- und/oder Empfangssituation eingestellt wird. Ein „Einstellen" im Sinne dieser Erfindung schließt insbesondere ein Regeln, ein Nachregeln, ein adaptives Stellen, ein adaptives Verstellen oder auch nur ein einfaches Stellen ein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei- spiels näher erläutert, das in der Figur 1 gezeigt ist.
In der Figur 1 erkennt man ein Schienenfahrzeug 10, das auf einem Gleis 20 fährt. Das Gleis 20 ist mit Balisen 30 ausge¬ stattet, die eine schienenfahrzeugseitige und eine strecken- seitige Ortsbestimmung des Schienenfahrzeugs 10 ermöglichen.
In der Figur 1 erkennt man darüber hinaus ein Kommunikations¬ system 40, das eine Kommunikation zwischen dem Schienenfahrzeug 10 und einer streckenseitigen Zentraleinrichtung 50 er-
möglicht. Das Kommunikationssystem 40 umfasst zwei schienen- fahrzeugseitige Kommunikationseinrichtungen 60 und 70 sowie eine Mehrzahl an streckenseitigen Kommunikationseinrichtungen, von denen in der Figur 1 beispielhaft drei eingezeichnet sind. Die streckenseitigen Kommunikationseinrichtungen sind mit den Bezugszeichen 80, 90 und 100 gekennzeichnet.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 wird beispielhaft davon ausgegangen, dass die schienenfahrzeugseitige Kommuni- kationseinrichtung 60 mit der streckenseitigen Kommunikationseinrichtung 90 kommuniziert und die schienenfahrzeugseiti¬ ge Kommunikationseinrichtung 70 mit der streckenseitigen Kommunikationseinrichtung 100. Die beiden schienenfahrzeugseiti- gen Kommunikationseinrichtungen 60 und 70 können beispiels- weise baugleich sein; aus Gründen der Übersicht ist in der
Figur 1 lediglich die schienenfahrzeugseitige Kommunikations¬ einrichtung 60 näher im Detail gezeigt.
Die schienenfahrzeugseitige Kommunikationseinrichtung 60 um- fasst eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung 110 in Form einer Antenne, bei der es sich beispielsweise um eine mecha¬ nisch verstellbare Richtantenne oder eine Phased-Array- Antenne handeln kann. Mit der Antenne 110 steht eine Steuer¬ einrichtung 120 in Verbindung, die eine Antennenkontrollein- heit bildet und dafür sorgt, dass die Antenne 110 stets opti¬ mal eingestellt ist, um eine optimale Übertragungsqualität für die Kommunikation mit der zugeordneten streckenseitigen Kommunikationseinrichtung 90 zu ermöglichen. Mit der Antenne 110 steht darüber hinaus eine Signalverarbeitungseinrichtung 130 in Verbindung, die die von der Antenne 110 empfangenen
Signale auswertet und eigene Signale über die Antenne 110 zur streckenseitigen Zentraleinrichtung 50 übermittelt.
Mit der Steuereinrichtung 120 mittelbar oder unmittelbar verbunden ist eine Topologiedatenbank 140, in der Topologiedaten abgespeichert sind. Die Topologiedatenbank 140 kann bei¬ spielsweise angeben, wie das geographische Umfeld um das Schienenfahrzeug 10 herum, und zwar nach dessen jeweiliger örtlichen Position, beschaffen ist: Beispielsweise kann die Topologiedatenbank 140 angeben, dass sich das Schienenfahrzeug 10 in einem Tunnel vor oder hinter einem Tunnel oder auch in einer Kurve befindet.
Zur Feststellung der Position des Schienenfahrzeugs 10 ist die Steuereinrichtung 120 mittelbar oder unmittelbar mit einer Ortsbestimmungseinrichtung 150 verbunden, die eine Ortsbestimmung beispielsweise anhand der Balisen 30 im Gleis 20 durchführt. Hierzu steht die Ortsbestimmungseinrichtung 150 beispielsweise mit einer Balisenerkennungsvorrichtung 160 in Verbindung. Die Ortsbestimmungseinrichtung 150 kann einen Bestandteil der Kommunikationseinrichtung 60 oder eine davon separate Komponente bilden, die mit der Kommunikationsein- richtung 60 verbunden ist.
Die streckenseitigen Kommunikationseinrichtungen 80, 90 und 100 sowie die weitere schienenfahrzeugseitige Kommunikations¬ einrichtung 70 können ähnlich bzw. identisch zu der bereits erläuterten Kommunikationseinrichtung 60 aufgebaut sein. Dies bedeutet, dass diese Kommunikationseinrichtungen ebenfalls jeweils eine Antenne 110 als Sende- und/oder Empfangseinrich¬ tung, eine Steuereinrichtung 120, eine Signalverarbeitungs¬ einrichtung 130 sowie eine Topologiedatenbank 140 aufweisen können.
Die streckenseitige Zentraleinrichtung 50 kann beispielsweise einen Network Switch 210 (Netzwerkknoten) , einen Radio Server
220 (Funkzentraleinheit) , eine Topologiedatenbank 140 sowie ein Steuermodul 230 umfassen.
Das Kommunikationssystem 40 gemäß Figur 1 wird nun beispiels- weise wie folgt betrieben:
Fährt das Schienenfahrzeug 10 über das Gleis 20, so werden die beiden schienenfahrzeugseitigen Kommunikationseinrichtungen 60 und 70 sowie die beiden streckenseitigen Kommunikati- onseinrichtungen 90 und 100 anhand des jeweiligen Orts des
Schienenfahrzeugs 10 und ihrer jeweiligen in ihren Topologie- datenbanken hinterlegten Informationen feststellen, in welchem Raumwinkel, sei dies zweidimensional oder auch dreidi¬ mensional, die Sende- und Empfangskeule F ihrer jeweiligen Antenne 110 ausgerichtet sein muss, damit eine optimale Kom¬ munikation zwischen Schienenfahrzeug 10 und streckenseitiger Zentraleinrichtung 50 ermöglicht wird. In entsprechender Weise werden die beiden streckenseitigen Kommunikationseinrichtungen 90 und 100 ihre jeweiligen Antennen 110 ausrichten, um eine optimale Übertragungsqualität zu ermöglichen.
Das Ausrichten der Antennen 110 kann beispielsweise anhand der jeweiligen Position des Schienenfahrzeugs 10 und anhand der in den Topologiedatenbanken 140 abgespeicherten Topolo- giedaten erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann das Ausrichten der Sende- und Empfangskeulen der Antennen 110 auch anders erfolgen, und zwar in Abhängigkeit von der jeweils ge¬ messenen Übertragungsqualität. Stellt beispielsweise eine Steuereinrichtung 120 fest, dass sich die Übertragungsquali- tat verschlechtert, so kann sie durch ein Nachjustieren der Sende- und Empfangskeulen ihrer zugeordneten Antenne 110 dafür sorgen, dass die Verschlechterung der Übertragungsqualität rückgängig gemacht wird und/oder, wenn eine Verbesserung
der Übertragungsqualität nicht mehr möglich ist, eine solche Verschlechterung so gut wie möglich verlangsamt wird.
Besonders bevorzugt wird die Steuereinrichtung 120 sowohl die in der Topologiedatenbank 140 vorhandenen Topologiedaten ausnutzen, um eine optimale Übertragungsqualität einzustellen, als auch anhand der jeweiligen Messergebnisse von Bitfehlerrate und Signal-Rauschverhältnis eine entsprechende Nachrege¬ lung durchführen.
Die Antenne 110 der schienenfahrzeugseitigen Kommunikations¬ einrichtungen 60 und 70 sowie der streckenseitigen Kommunikationseinrichtungen 90 und 100 kann beispielsweise durch eine mechanisch verstellbare Richtantenne oder eine elektronisch nachstellbare bzw. einstellbare Phased-Array-Antenne gebildet sein. Im Hinblick auf möglichst geringe Herstellungskosten wird im Allgemeinen eine Phased-Array-Antenne zu bevorzugen sein, da diese keine mechanische Verstellung der Antenne be¬ nötigt, sondern die Richtwirkung allein durch eine elektroni- sehe Ansteuerung bzw. Signalauswertung erfolgen kann.
Die beschriebene Steuereinrichtung 120 sowie die Signalverarbeitungseinrichtung 130 können beispielsweise durch Programmmodule gebildet sein, die in einer einzigen Datenverarbei- tungsanlage oder auch in mehreren parallel arbeitenden Datenverarbeitungsanlagen implementiert sind. Die Topologiedatenbank 140 kann beispielsweise in Speicherbausteinen wie Flashbausteinen oder dergleichen hinterlegt sein.