EP3374247A1 - Verfahren zum betreiben einer etcs-mobilfunkantennenanordnung und etcs-bahnfahrzeug mit einer etcs-mobilfunkantennenanordnung - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer etcs-mobilfunkantennenanordnung und etcs-bahnfahrzeug mit einer etcs-mobilfunkantennenanordnung

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EP3374247A1
EP3374247A1 EP16812712.4A EP16812712A EP3374247A1 EP 3374247 A1 EP3374247 A1 EP 3374247A1 EP 16812712 A EP16812712 A EP 16812712A EP 3374247 A1 EP3374247 A1 EP 3374247A1
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EP
European Patent Office
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etcs
antenna
mobile radio
antenna switch
control logic
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EP16812712.4A
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EP3374247B1 (de
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Elmar DÄGELE
Frank Kaiser
Fabrice Stein
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Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Publication of EP3374247B1 publication Critical patent/EP3374247B1/de
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    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or vehicle train for signalling purposes ; On-board control or communication systems
    • B61L15/0018—Communication with or on the vehicle or vehicle train
    • B61L15/0027—Radio-based, e.g. using GSM-R
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or vehicle train for signalling purposes ; On-board control or communication systems
    • B61L15/0063—Multiple on-board control systems, e.g. "2 out of 3"-systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L2205/00—Communication or navigation systems for railway traffic
    • B61L2205/02—Global system for mobile communication - railways (GSM-R)

Definitions

  • railway vehicles equipped with the ETCS (European Train Control System) and operating at ETCS level 2 or 3 use the digital cellular network GSM (Global System for Mobile Communications) -R for communication with the relevant line center, where "R "stands for Railway. to a complete command to be granted slightest ⁇ th, the so-called on-board units are each equipped with two GSM-R or ETCS-mobile devices, such that (during the transition to the next locally responsible centralized track parallel mobile connections to the previous and subsequent line centers) are available.
  • GSM Global System for Mobile Communications
  • the two mobile devices of an on-board unit are only a small part of the ETCS operating time in parallel USAGE ⁇ dung, namely during the neighboring central transition.
  • ETCS Level 2 or 3 only occupies one ETCS mobile device.
  • Streckenab ⁇ cuts which are not equipped with ETCS Level 2 or 3 and where the rail operation is handled with other Switzerlandtechnischssyste ⁇ men, so that the ETCS mobile devices currency ⁇ rend not require driving on these sections for ETCS.
  • one or possibly both ETCS mobile devices or their antennas could be used for other services.
  • the quality of mobile communications also known as "Quality of Service" must be available to ETCS at all times.
  • ETCS mobile communications quality si ⁇ cherweed is on the roof of each ETCS Mo- wireless aerial device installed its own roof antenna.
  • ETCS rooftop antennas and their feeders must meet a number of requirements that limit the design and placement of rooftop antennas.
  • Various electrical and mechanical requirements as well as minimum distances between the antennas must be observed.
  • the possible number of mobile radio antennas on the rail vehicles is limited. If additional antennas to be retrofitted on a roof of a railway vehicle in addition to the ETCS mobile antennas often arise problems of space or technically alswändi ⁇ ge solutions are necessary.
  • the object of the invention is to specify a method for operating an ETCS mobile radio antenna arrangement with which ETCS-external rail services with mobile communication can be integrated into ETCS railway vehicles.
  • the invention proposes a method for operating an ETCS (European Train Control System) mobile radio antenna arrangement in an on-board unit of an ETCS rail vehicle having at least one ETCS mobile radio antenna with an attached ETCS mobile radio device.
  • Antenna switch is alternatively connected to another ETCS mobile device or with another mobile ⁇ funk réelle another train service, which means of a control logic from ETCS state information of the on-board unit of the ETCS rail vehicle determines the switching position of the ETCS antenna switch and a control of ETCS antenna switch.
  • ETCS European Train Control System
  • Control logic determines the switching position of the ETCS antenna switch from ETCS status information of an on-board unit and then controls the Antennenum ⁇ switch accordingly;
  • the required hardware can be flexibly constructed and integrated in different ways in the railway vehicle.
  • a high-frequency signal can be one or more ETCS roof antennas, alternatively, for the ETCS vehicle control or for other communication services
  • Seage ⁇ represents.
  • Other Communication Service may be mobile ⁇ devices, mobile networks and / or mobile services.
  • the control logic needs to be continuously aware of it whether the ETCS mobile antenna is needed for ETCS or not. Once ETCS has communication needs for the switchable antenna, it will be provisioned for ETCS. Other services must therefore interruption with full-time lower and expect a temporary unavailability of the mobile communication ⁇ . This constraint must be taken into account when selecting potential other rail services.
  • the inventive method presented ⁇ transmission quality for services, such as the ETCS key management and transmission of diagnostic data ETCS sufficient.
  • different ETCS status information can be used for the control logic.
  • ETCS-state information is obtained from information regarding state, configuration and communication requirements of mobile devices used in the on-board unit of the ETCS rail vehicle.
  • ETCS state information the following states are preferably queried:
  • the control logic of the ETCS antenna switcher may decide whether an ETCS mobile antenna is currently needed for ETCS or not.
  • the ETCS cellular antenna for other train services ⁇ can be released when
  • the connected to the ETCS mobile antenna ETCS mobile device and the other ETCS mobile device are functional ⁇ capable
  • the ETCS one ring building during the journey always starts from the ETCS rail vehicle, so that in the time when the ETCS cellular antenna for wider at ⁇ rail services is provided, no communication ⁇ a problem in terms of unsuccessful connection requests originates from the route center.
  • a non-safety-relevant preprocessing computer and a fail-safe computer are used. It is advantageous to obtain the ETCS status information from the control logic by means of the non-safety-related preprocessing computer of the on-board unit of the ETCS rail vehicle. Be advantageous, it is further considered when used in the method to the invention OF INVENTION ⁇ as control logic in an integrated non-safety related preprocessor control logic. In particular, the Integ ⁇ ration of the control logic may advantageously be in the CPU of the non-safety-related Vorakusrechners.
  • the ETCS state information is obtained by means of a separate computer module comprising the control logic, which also contains the ETCS antenna switch.
  • the assembly formed in this way can be integrated as an assembly in the non-security-relevant preprocessing computer and allows a simple data transfer between the CPU of the non-security-relevant preprocessing computer and the periphery of the non-security-relevant preprocessing system.
  • Host processor for the ETCS condition information or the ETCS antenna switcher drive signal is also possible to accommodate the ETCS state information in a special component, for example in a microcontroller.
  • control signal for the ETCS antenna switch or the ETCS state information are transmitted.
  • a component for the control ⁇ logic is required on the external module, and also for the external module, a power supply is necessary.
  • an antenna signal pair is integrated in the antenna path between the ETCS antenna switch and the further mobile radio device. If the antenna signal is an active antenna dipole, then the ETCS mobile device will still be supplied with an antenna voltage even if the ETCS antenna switch has enabled the ETCS mobile antenna for other services. Although the antenna signal is reduced by about 3 dB when a passive antenna signal pair is used, the quality for the other railway services is slightly reduced, but the advantage arises that the ETCS mobile radio unit in the GSM-R network remains logged in and continues to perform the GSM-R cell handoff. This can be done after the downshift of the ETCS mobile antenna on ETCS a connection without delay ⁇ tion.
  • the control for releasing the switchable antenna for other services also depends on how fast an ETCS mobile device re-enters the GSM-R network after the antenna is again available for ETCS.
  • further Informa ⁇ tions for the switching logic can be called in if necessary, already comes at a time by de-rer antenna switching for ETCS before the ETCS connection is requested. For this purpose, above all location information can be used.
  • the invention has the further object of specifying an ETCS railway vehicle having an ETCS mobile radio antenna arrangement with which ETCS external web services with Mobilkommu ⁇ munication can be integrated in ETCS railway vehicles.
  • an ETCS rail vehicle with an ETCS mobile radio antenna arrangement in the on-board unit with at least one ETCS mobile radio antenna and with a connected ETCS mobile radio device and with an ETCS antenna switch serves alternatively with another ETCS mobile radio device or connectable to another mobile device of another rail service, wherein by means of ei ⁇ ner control logic from ETCS state information of the on-board unit of the ETCS railway vehicle, the switching position of the ETCS antenna switch detectable and a control of the ETCS antenna switch is vor spiritbar.
  • the same advantages are associated mutatis mutandis, as they are listed at the beginning of the inventive method.
  • a per se known non-safety relevant preprocessing computer is used in the on-board unit in order to obtain the ETCS status information, wherein the control logic can be arranged in different ways.
  • the control logic can be arranged in different ways.
  • a the control logic ⁇ comprehensive, independent computer module is provided, which also contains the ETCS antenna switch.
  • the separate computer module can be assigned as an assembly to the non-security preprocessing computer.
  • the ETCS antenna switch may also be advantageous to arrange the ETCS antenna switch on an external module and, by means of a wired interface, to the non-safety-related preprocessing computer
  • a Antennensignal- may be arranged in soft ⁇ advantageous manner in the antenna path between the ETCS antenna changeover switch and the further mobile station which is a
  • passive antenna signal can be.
  • FIG. 1 shows an embodiment of an on-board unit of an ETCS rail vehicle equipped with two ETCS mobile radios
  • Fig. 2 shows another embodiment of an ETCS rail vehicle with an external module with
  • Fig. 3 shows an additional embodiment of an ETCS railway vehicle with one in the on-board unit of a ETCS railway vehicle integrated ETCS antenna switcher and in
  • Fig. 4 shows a supplementary embodiment of an on-board unit with an antenna signal pair
  • Figure 1 shows an on-board unit 1 of an unspecified Darge ⁇ presented ETCS rail vehicle which is equipped in a known manner with a fail-safe computer 2 and a Vietnamese perennial--relevant preprocessor third
  • an ETCS mobile unit 4 is connected on one side and at the other ⁇ hand, another ETCS mobile station 5.
  • the two ETCS mobile devices 4 and 5 are typically used to in an overlap region the function of both ETCS mobile devices sure.
  • the one ETCS mobile device 4 is connected to an ETCS antenna 6, while the further ETCS mobile device 5 is connected via an ETCS antenna switch 7 to a further ETCS mobile radio antenna 8. Furthermore, between the non-safety relevant preprocessing computer 3 and the ETCS antenna switch 7, a connecting line 10, via which the switching position of the ETCS antenna switch 7 is determined by the non-safety-relevant preprocessing computer 3; In addition, a control of the ETCS antenna switch 7 is made by the non-security preprocessing computer 3 via the connecting line 10.
  • the ETCS status information consists of information regarding the status, the occupancy and the communication request of the mobile devices used in the on-board unit 1 of the ETCS railway vehicle.
  • the control logic of the ETCS antenna switch 7 decides with regard to the ETCS state information whether or not an ETCS mobile radio antenna is currently needed. If the former, then 7 News übertra ⁇ gen or received via the other ETCS cellular antenna. Otherwise it will be in another
  • FIG. 2 a part of an ETCS railway vehicle 20 with an on-board unit 21 is shown.
  • the on-board unit 21 is connected to a GSM-R mobile radio device 22;
  • another GSM-R mobile radio device 23 is connected to the on-board unit 21.
  • the further GSM-R mobile radio device 23 is connected to a Antennenum- switch 25 of the on-board unit 21, wherein the antenna switch 25 via a wired interface 26 with the non-safety-relevant preprocessing computer of the on-board unit 21 not shown here to determine the switching position of the antenna switch 25 and connected to the control of this switch is connected.
  • Both the one GSM-R mobile device 22 is ver ⁇ connected with a GSM-R antenna 27 and the antenna switch 25 connected to a further GSM-R antenna 28. Both antennas 27 and 28 emit and receive messages over the closed GSM-R network and over the public UMTS / LTE network 29.
  • the control logic in the non-safety-relevant preprocessing computer of the on-board unit 21 supplies the corresponding information, as explained in detail above.
  • the on-board unit 21 is connected to a CLOSED ⁇ Senen GSM-R network and a public UMTS / LTE network 29th

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer ETCS (European Train Control System)-Mobilfunkantennenanordnung in einer On-Board-Unit (1) eines ETCS-Bahnfahrzeugs mit mindestens einer ETCS-Mobilfunkantenne (8) mit einem angeschlossenen ETCS-Mobilfunkgerät (5). Die ETCS-Mobilfunkantenne (8) ist mittels eines ETCS-Antennenumschalters (7) alternativ mit einem weiteren ETCS-Mobilfunkgerät oder mit einem weiteren Mobilfunkgerät (12) eines anderen Bahndienstes verbunden wird, wobei mittels einer Steuerungslogik aus ETCS-Zustandsinformationen der On-Board-Unit (1) des ETCS-Bahnfahrzeugs die Schaltstellung des ETCS-Antennenumschalters (7) ermittelt und eine Ansteuerung des ETCS-Antennenumschalters (7) vorgenommen wird. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein ETCS-Bahnfahrzeug mit einer ETCS-Mobilfunkantennenanordnung.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben einer ETCS-Mobilfunkantennenanordnung und ETCS-Bahnfahrzeug mit einer ETCS- Mobilfunkantennenanordnung
Bahnfahrzeuge, die mit dem standardisierten ETCS (European Train Control System) ausgerüstet sind und im ETCS Level 2 oder 3 fahren, nutzen für die Kommunikation mit der jeweils zuständigen Streckenzentrale das digitale Mobilfunknetz GSM (Globale System for Mobile Communications ) -R, wobei „R" für Railway steht. Um eine lückenlose Zugsicherung zu gewährleis¬ ten, sind die sogenannten On-Board-Units jeweils mit zwei GSM-R- bzw. ETCS-Mobilfunkgeräten bestückt, so dass während des Übergangs zur nächsten örtlich zuständigen Streckenzentrale parallele Mobilfunkverbindungen (zur vorherigen und nachfolgenden Streckenzentrale) verfügbar sind.
Die beiden Mobilfunkgeräte einer On-Board-Unit sind nur zu einem geringen Teil der ETCS-Betriebszeit parallel in Verwen¬ dung, nämlich während des Nachbarzentralenübergangs. In der überwiegenden Betriebszeit wird für ETCS Level 2 bzw. 3 nur ein ETCS-Mobilfunkgerät belegt. Daneben gibt es Streckenab¬ schnitte, die nicht mit ETCS Level 2 oder 3 ausgerüstet sind und auf denen der Bahnbetrieb mit anderen Zugsicherungssyste¬ men abgewickelt wird, so dass die ETCS-Mobilfunkgeräte wäh¬ rend der Fahrt über diese Streckenabschnitte für ETCS nicht benötigt werden. In dieser Zeit könnten ein oder ggf. beide ETCS-Mobilfunkgeräte oder deren Antennen für andere Dienste verwendet werden. Dabei ist allerdings zu berücksichtigen, dass im Falle einer Anforderung von Mobilfunkgeräten durch ETCS diese sofort wieder für ETCS bereitgestellt werden müs¬ sen. Außerdem muss die Qualität der Mobilkommunikation, auch als „Quality of Service" bezeichnet, für ETCS jederzeit vor- handen sein.
Um die für ETCS benötigte Qualität der Mobilkommunikation si¬ cherzustellen, wird auf dem Fahrzeugdach für jedes ETCS- Mo- bilfunkgerät eine eigene Dachantenne installiert. ETCS- Dachantennen und ihre Zuleitungen müssen eine Reihe von Anforderungen erfüllen, die den Aufbau und die Platzierung der Antennen auf dem Dach beschränken. Diverse elektrische und mechanische Anforderungen sowie Mindestabstände zwischen den Antennen müssen eingehalten werden. Dadurch ist die mögliche Anzahl von Mobilfunkantennen auf den Schienenfahrzeugen begrenzt. Sollen neben den ETCS Mobilfunkantennen weitere Antennen auf einem Dach eines Bahnfahrzeugs nachgerüstet wer- den, entstehen oftmals Platzprobleme oder technisch aufwändi¬ ge Lösungen werden notwendig.
Neben der Zugsicherung ETCS gibt es eine Reihe weiterer Bahndienste im ERTMS (European Rail Traffic Management System) und außerhalb des ERTMS mit Kommunikationsbedarf über Mobil¬ funk. Ein Beispiel dafür ist der Sprachdienst Zugfunk, über den der Fahrzeugführer mittels bahnspezifischen Erweiterungen des GSM Mobilfunkstandards (location dependent adressing) mit dem zuständigen Fahrdienstleiter kommunizieren kann.
Der Ausbau mobiler Bahndienste mit Sprach- und Datenkommunikation wird sich zukünftig stark weiterentwickeln, beispielsweise auch hinsichtlich neuer Dienste für Bahnfahrgäste. Dies betrifft sowohl das ETCS System selbst, als auch andere auf dem Fahrzeug vorhandene Infrastruktur und Steuerungssysteme. Um ETCS Fahrzeuge wirtschaftlich zu betreiben, müssen künftig diverse Zusatzdienste für ETCS über Mobilkommunikation be¬ reitgestellt werden. Beispiele hierfür sind:
Übertragung von (verschlüsselten) Schlüsseldaten für die sig- naltechnisch gesicherte Funkkommunikation an Fahrzeuge, beispielsweise aufgrund von zeitlich eingeschränkter Schlüssel¬ gültigkeit oder für das Befahren neuer Streckenabschnitte durch Mietfahrzeuge,
Übertragung von Software bzw. Konfigurationsdaten an Fahrzeu- ge (z.B. zur Anpassung an Betriebssituationen oder zur Fehlerkorrektur) , Übertragung von Statusinformationen des ETCS Systems oder anderer Fahrzeugkomponenten (Ort, Geschwindigkeit, Level etc.) an streckenseitige Dispatcher und
Übertragung von Diagnosedaten des ETCS Systems oder anderer Fahrzeugkomponenten an streckenseitige Wartungseinrichtungen.
Neben den ETCS-Datendiensten im bahneigenen GSM-R-Netz besteht für neue Bahndienste auch der Bedarf, öffentliche Mo¬ bilfunknetze mit Services der 3. und 4. Generation (z.B. UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) zu nutzen.
Es ist aus technischen und wirtschaftlichen Gründen nicht möglich, für jeden Bahndienst eine eigene Mobilfunkantenne zu installieren. Auch eine gleichzeitige Nutzung der vorhandenen ETCS-Mobilfunkantennen für die Anschaltung weiterer Mobilfunkgeräte mit UMTS oder LTE (Long Term Evolution) -Datendiensten, beispielsweise durch Nutzung eines Diplexers, ist wegen der überlappenden, bzw. zu nahe beieinander liegenden Frequenzbereiche nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer ETCS-Mobilfunkantennenanordnung anzugeben, mit dem sich ETCS-externe Bahndienste mit Mobilkommunikation in ETCS-Bahnfahrzeuge integrieren lassen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Betreiben einer ETCS (European Train Control System) - Mobilfunkantennenanordnung in einer On-Board-Unit eines ETCS- Bahnfahrzeugs mit mindestens einer ETCS-Mobilfunkantenne mit einem angeschlossenen ETCS-Mobilfunkgerät vorgeschlagen, die mittels eines ETCS-Antennenumschalters alternativ mit einem weiteren ETCS-Mobilfunkgerät oder mit einem weiteren Mobil¬ funkgerät eines anderen Bahndienstes verbunden wird, wobei mittels einer Steuerungslogik aus ETCS-Zustandsinformationen der On-Board-Unit des ETCS-Bahnfahrzeugs die Schaltstellung des ETCS-Antennenumschalters ermittelt und eine Ansteuerung des ETCS-Antennenumschalters vorgenommen wird. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens wird darin gesehen, dass unterschiedliche Dienste, nämlich ETCS-interne und/oder ETCS-externe Dienste, die vorhandenen ETCS-Mobilfunkantennen des jeweiligen Bahnfahrzeugs mitbenut- zen. Eine weitere Antenneninstallation auf dem Dach eines Bahnfahrzeugs kann für diese Dienste in vorteilhafter Weise entfallen. Damit entspannt sich das Platzproblem für weitere Mobilfunkantennen auf dem Dach eines Bahnfahrzeugs. Hinzu kommt, dass das Verfahren einfach ist, indem eine
Steuerungslogik zum Einsatz kommt, die aus ETCS-Zustandsin- formationen einer On-Board-Unit die Schaltstellung des ETCS- Antennenumschalters ermittelt und daraufhin den Antennenum¬ schalter entsprechend ansteuert; die benötigte Hardware kann flexibel aufgebaut und in unterschiedlicher Weise in das Bahnfahrzeug integriert sein.
Außerdem bleibt die ETCS-Funktion unverändert. Weder die Da¬ tenkommunikation noch die ETCS-Protokolle werden beeinflusst. Einflüsse auf die ETCS-Systemverfügbarkeit durch den ETCS- Antennenumschalter sind vernachlässigbar klein, wenn eine hochwertige Hardwareausführung verwendet wird.
Schwierigkeiten mit überlappenden Frequenzbereichen sind ohne Weiteres vermeidbar. Dabei ist es möglich, mindestens eine Mobilfunkantenne zu installieren, die für Frequenzbereiche von GSM-R und UMTS bzw. LTE geeignet ist. Mit Hilfe des ETCS- Antennenumschalters kann ein Hochfrequenz-Signal einer oder mehrerer ETCS-Dachantennen alternativ für die ETCS Fahrzeug- Steuerung oder für andere Kommunikationsdienste bereitge¬ stellt werden. Andere Kommunikationsdienst können Mobilfunk¬ geräte, Mobilfunknetze und/oder Mobilfunkdienste sein.
Mittels der speziellen Steuerungslogik kann entschieden wer- den, ob die ETCS-Mobilfunkantenne für die ETCS-Fahrzeugsteue- rung aktiviert wird oder für andere Dienste im Fahrzeug. Da die Steuerung des Bahnfahrzeugs zu jedem Zeitpunkt Priorität hat, muss die Steuerungslogik fortlaufend Kenntnis darüber haben, ob die ETCS-Mobilfunkantenne für ETCS benötigt wird oder nicht. Sobald ETCS Kommunikationsbedarf für die umschaltbare Antenne hat, wird diese für ETCS bereitgestellt. Andere Dienste müssen deshalb mit einer jederzeitigen Unter- brechung und einer zeitweisen Nichtverfügbarkeit der Mobil¬ kommunikation rechnen. Diese Randbedingung muss bei der Auswahl potentieller anderer Bahndienste berücksichtigt werden. Jedoch ist die durch das erfindungsgemäße Verfahren bereitge¬ stellte Übertragungsqualität für Dienste, wie beispielsweise das ETCS Schlüsselmanagement und die Übertragung von ETCS- Diagnosedaten ausreichend.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können verschiedene ETCS- Zustandsinformationen für die Steuerungslogik herangezogen werden. Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch erwie¬ sen, wenn die ETCS-Zustandsinformationen aus Informationen bezüglich Zustand, Belegung und Kommunikationsanforderungen der in der On-Board-Unit des ETCS-Bahnfahrzeugs verwendeten Mobilfunkgeräte gewonnen werden.
Als ETCS-Zustandsinformationen werden bevorzugt folgende Zustände abgefragt:
Zustand der GSM-R-Mobilfunkgeräte, wie eingeschaltet, im GSM- R-Netz eingebucht und nicht verfügbar;
Anzahl der aktuell genutzten Kommunikationsmöglichkeiten, wie GSM-R-Mobilfunkgeräte, GSM-R-Netze und
aktuelle Verbindungsanforderungen, wie zur Streckenzentrale, von der Streckenzentrale.
Anhand dieser ETCS-Zustandsinformationen kann die Steuerungs- logik des ETCS-Antennenumschalters entscheiden, ob eine ETCS- Mobilfunkantenne gegenwärtig für ETCS benötigt wird oder nicht. So kann die ETCS-Mobilfunkantenne für andere Bahn¬ dienste freigegeben werden, wenn
das an die ETCS-Mobilfunkantenne angeschlossene eine ETCS- Mobilfunkgerät und das weitere ETCS-Mobilfunkgerät funktions¬ fähig sind,
kein oder ein ETCS-Mobilfunkgerät von ETCS belegt ist und keine weitere Verbindungsanforderung zur Streckenzentrale be¬ steht .
Anzumerken ist in diesem Zusammenhang, dass im ETCS ein Ruf- aufbau während der Fahrt stets vom ETCS-Bahnfahrzeug ausgeht, so dass in der Zeit, in der die ETCS-Mobilfunkantenne für an¬ dere Bahndienste bereitgestellt wird, kein Kommunikations¬ problem hinsichtlich erfolgloser Verbindungsanforderungen seitens der Streckenzentrale entsteht.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird, wie an sich bekannt, außer der mindestens einen ETCS-Mobilfunkantenne und dem ETCS-Antennenumschalter ein nichtsicherheitsrelevanter Vorverarbeitungsrechner und ein signaltechnisch sicherer Rechner verwendet. Vorteilhaft ist es, die ETCS-Zustandsin- formationen mittels des nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechners der On-Board-Unit des ETCS-Bahnfahrzeugs von der Steuerungslogik zu gewinnen. Als vorteilhaft wird es ferner erachtet, wenn bei dem erfin¬ dungsgemäßen Verfahren als Steuerungslogik eine in den nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner integrierte Steuerungslogik verwendet wird. Insbesondere kann die Integ¬ ration der Steuerungslogik vorteilhaft in die CPU des nicht- sicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechners erfolgen. Es ist aber auch möglich, die Steuerungslogik in einer besonderen Komponente, beispielsweise in einem MikroController, unterzubringen . Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die ETCS-Zustandsinformationen mittels eines die Steuerungslogik umfassenden, separaten Rechnerbausteins gewonnen, der auch den ETCS-Antennenumschalter enthält. Die so gebildete Baugruppe kann als Baugruppe in den nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner integriert werden und ermöglicht einen einfachen Datentransfer zwischen der CPU des nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechners und der Peripherie des nichtsicherheitsrelevanten Vor- Verarbeitungsrechners hinsichtlich der ETCS-Zustandsin- formationen oder des Ansteuerungssignals für den ETCS- Antennenumschalter .
Es ist aber auch möglich, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren den separaten Rechnerbaustein als eine Baugruppe des nicht- sicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechners einzusetzen.
Ferner erscheint es vorteilhaft, wenn bei dem erfindungsgemä¬ ßen Verfahren der ETCS-Antennenumschalter auf einer externen Baugruppe angeordnet und mittels einer drahtgebundenen
Schnittstelle mit dem nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner
verbunden wird, also nicht in den nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner integriert wird. Über diese Schnitt¬ stelle werden wahlweise das Ansteuerungssignal für den ETCS- Antennenumschalter oder die ETCS-Zustandsinformationen übertragen. Allerdings wird hier ein Baustein für die Steuerungs¬ logik auf der externen Baugruppe benötigt, und außerdem ist für die externe Baugruppe eine Spannungsversorgung notwendig.
Vorteilhaft ist es auch, wenn bei der Bildung von Umschaltbe¬ fehlen für den Antennenumschalter von der Steuerungslogik ETCS-interne Zustands- und Diagnoseinformationen herangezogen werden .
Als vorteilhaft wird es ferner angesehen, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Antennenweg zwischen dem ETCS- Antennenumschalter und dem weiteren Mobilfunkgerät eine An- tennensignalweiche integriert wird. Ist die Antennensignal- weiche eine aktive Antennensignalweiche, dann wird das ETCS- Mobilfunkgerät auch dann noch mit einer Antennenspannung versorgt, wenn der ETCS-Antennenumschalter die ETCS-Mobilfunk- antenne für andere Dienste freigegeben hat. Bei Verwendung einer passiven Antennensignalweiche reduziert sich zwar das Antennensignal um etwa 3 dB, wodurch die Qualität für die an¬ deren Bahndienste leicht gemindert wird, jedoch ergibt sich der Vorteil, dass das ETCS-Mobilfunkgerät im GSM-R-Netz eingebucht bleibt und die GSM-R-Zell-Weiterschaltung weiterhin durchführt. Damit kann nach der Rückschaltung der ETCS- Mobilfunkantenne auf ETCS ein Verbindungsaufbau ohne Verzöge¬ rung erfolgen.
Vorteilhaft erscheint es ferner, wenn bei dem erfindungsgemä¬ ßen Verfahren Ortsinformationen des ETCS-Bahnfahrzeugs von der Steuerungslogik berücksichtigt werden. Die Steuerung zur Freigabe der umschaltbaren Antenne für andere Dienste hängt nämlich auch davon ab, wie schnell ein ETCS-Mobilfunkgerät wieder in das GSM-R-Netz einbucht, nachdem die Antenne wieder für ETCS verfügbar ist. Um lange Verzögerungen des ETCS- Verbindungsaufbaus zu vermeiden, können ggf. weitere Informa¬ tionen für die Umschaltlogik hinzugezogen werden, mittels de- rer die Antennenumschaltung für ETCS bereits zu einem Zeitpunkt erfolgt, bevor die ETCS-Verbindung angefordert wird. Dazu können vor allem Ortsinformationen genutzt werden.
Die Erfindung stellt sich ferner die Aufgabe, ein ETCS- Bahnfahrzeug mit einer ETCS-Mobilfunkantennenanordnung anzugeben, mit dem sich ETCS-externe Bahndienste mit Mobilkommu¬ nikation in ETCS-Bahnfahrzeuge integrieren lassen.
Zur Lösung dieser Aufgabe dient erfindungsgemäß ein ETCS- Bahnfahrzeug mit einer ETCS-Mobilfunkantennenanordnung in der On-Board-Unit mit mindestens einer ETCS-Mobilfunkantenne und mit einem angeschlossenen ETCS-Mobilfunkgerät sowie mit einem ETCS-Antennenumschalter, der alternativ mit einem weiteren ETCS-Mobilfunkgerät oder mit einem weiteren Mobilfunkgerät eines anderen Bahndienstes verbindbar ist, wobei mittels ei¬ ner Steuerungslogik aus ETCS-Zustandsinformationen der On- Board-Unit des ETCS-Bahnfahrzeugs die Schaltstellung des ETCS-Antennenumschalters ermittelbar und eine Ansteuerung des ETCS-Antennenumschalters vornehmbar ist.
Mit dem erfindungsgemäßen ETCS-Bahnfahrzeug sind sinngemäß die gleichen Vorteile verbunden, wie sie eingangs zum erfindungsgemäßen Verfahren aufgeführt sind. Bei dem erfindungsgemäßen ETCS-Bahnfahrzeug wird ein an sich bekannter nichtsicherheitsrelevanter Vorverarbeitungsrechner in der On-Board-Unit verwendet, um die ETCS- Zustandsinformationen zu gewinnen, wobei die Steuerungslogik in unterschiedlicher Weise angeordnet sein kann. So kann es vorteilhaft sein, die Steuerungslogik in den nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner zu integrieren. Es kann aber auch vorteilhaft sein, wenn ein die Steuerungs¬ logik umfassender, separater Rechnerbaustein vorgesehen ist, der auch den ETCS-Antennenumschalter enthält.
Der separate Rechnerbaustein kann dabei als eine Baugruppe dem nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner zuge- ordnet sein.
Andererseits kann es auch vorteilhaft sein, den ETCS- Antennenumschalter auf einer externen Baugruppe anzuordnen und mittels einer drahtgebundenen Schnittstelle mit dem nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner zu
verbinden .
Bei dem erfindungsgemäßen ETCS-Bahnfahrzeug kann in vorteil¬ hafter Weise im Antennenweg zwischen dem ETCS-Antennenum- Schalter und dem weiteren Mobilfunkgerät eine Antennensignal- weiche angeordnet sein, wobei diese eine
passive Antennensignalweiche sein kann.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist in
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer On-Board-Unit eines mit zwei ETCS-Mobilfunkgeräten ausgerüsteten ETCS- Bahnfahrzeugs ,
Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines ETCS- Bahnfahrzeugs mit einer externen Baugruppe mit
ETCS-Antennenumschalter,
Fig. 3 ein zusätzliches Ausführungsbeispiel eines ETCS- Bahnfahrzeugs mit eine in die On-Board-Unit eines ETCS-Bahnfahrzeugs integrierten ETCS- Antennenumschalters und in
Fig. 4 ein ergänzendes Ausführungsbeispiel einer On-Board- Unit mit einer Antennensignalweiche
dargestellt.
Figur 1 zeigt eine On-Board-Unit 1 eines nicht näher darge¬ stellten ETCS-Bahnfahrzeugs , die in bekannter Weise mit einem signaltechnisch sicheren Rechner 2 und einem nichtsicher- heitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner 3 ausgerüstet ist.
Mit dem nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner 3 ist einerseits ein ETCS-Mobilfunkgerät 4 verbunden und ande¬ rerseits ein weiteres ETCS-Mobilfunkgerät 5. Die beiden ETCS- Mobilfunkgeräte 4 und 5 werden in der Regel benutzt, um in einen Überlappungsbereich die Funktion beider ETCS-Mobil- funkgeräte sicherzustellen.
Das eine ETCS-Mobilfunkgerät 4 ist mit einer ETCS-Antenne 6 verbunden, während das weitere ETCS-Mobilfunkgerät 5 über ei- nen ETCS-Antennenumschalter 7 an eine weitere ETCS-Mobilfunk- antenne 8 angeschlossen ist. Ferner verläuft zwischen dem nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner 3 und dem ETCS-Antennenumschalter 7 eine Verbindungsleitung 10, über die die Schaltstellung des ETCS-Antennenumschalters 7 von dem nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner 3 ermittelt wird; außerdem wird über die Verbindungsleitung 10 eine Ansteuerung des ETCS-Antennenumschalters 7 von dem nicht sicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner 3 vorgenommen. Je nach Schaltstellung des ETCS-Antennenumschalters 7 wird ein Zugang zu der weiteren ETCS-Mobilfunkantenne 8 gewährleistet oder über einen weiteren Nachrichtenkanal 11 eine Verbindung zu einem Nicht-ETCS-Mobilfunkgerät 12 hergestellt bzw. zu anderen Bahndiensten ermöglicht, bezüglich der hier nur ein weiterer Nachrichtenkanal 13 schematisch dargestellt ist . In dem nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner 3 ist eine Steuerungslogik - nicht im Einzelnen dargestellt - vorhanden, von der verschiedene ETCS-Zustandsinformationen ermittelt werden. Dabei bestehen die ETCS-Zustandsinforma- tionen aus Informationen hinsichtlich des Zustandes, der Belegung und Kommunikationsanforderung der in der On-Board-Unit 1 des ETCS-Bahnfahrzeugs verwendeten Mobilfunkgeräte. So wird - wie eingangs bereits ausgeführt - der Zustand der GSM-R- Mobilfunkgeräte ermittelt, die Anzahl der aktuell genutzten Kommunikationsmöglichkeiten sowie aktuelle Verbindungsanforderungen, wie sie zur Streckenzentrale und von der Streckenzentrale vorhanden sind. Die Steuerungslogik des ETCS-Antennenumschalters 7 entscheidet im Hinblick auf die ETCS- Zustandsinformationen, ob eine ETCS-Mobilfunkantenne derzeit benötigt wird oder nicht. Ist ersteres der Fall, dann werden über die weitere ETCS-Mobilfunkantenne 7 Nachrichten übertra¬ gen bzw. empfangen. Anderenfalls wird in einer anderen
Schaltstellung des ETCS-Antennenumschalters 7 der Nachrich¬ tenkanal 13 zu weiteren Nicht-ETCS-Mobilfunkgeräten eröffnet bzw. Dienste eingerichtet.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ist ein Teil eines ETCS-Bahnfahrzeugs 20 mit einer On-Board-Unit 21 gezeigt. Mit der On-Board-Unit 21 ist ein GSM-R-Mobilfunkgerät 22 verbun- den; außerdem ist an die On-Board-Unit 21 ein weiteres GSM-R- Mobilfunkgerät 23 angeschlossen. Auch besteht die Möglichkeit ein UMTS-/LTE-Mobilfunkgerät 24 zu verwenden.
Das weitere GSM-R-Mobilfunkgerät 23 ist mit einem Antennenum- Schalter 25 der On-Board-Unit 21 verbunden, wobei der Antennenumschalter 25 über eine drahtgebundene Schnittstelle 26 auch mit dem hier nicht gezeigten nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner der On-Board-Unit 21 zur Ermittlung der Schaltstellung des Antennen-Umschalters 25 und zur An- Steuerung dieses Umschalters verbunden ist. Sowohl das eine GSM-R-Mobilfunkgerät 22 ist mit einer GSM-R-Antenne 27 ver¬ bunden als auch der Antennen-Umschalter 25 an eine weitere GSM-R-Antenne 28 angeschlossen. Beide Antennen 27 und 28 strahlen ab und empfangen Nachrichten über das geschlossene GSM-R-Netz und über das öffentliche UMTS/LTE-Netzwerk 29.
Zur Ermittlung der Schaltstellung des ETCS-Antennenumschal- ters 25 und zu seiner Ansteuerung werden von der Steuerlogik im nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner der On- Board-Unit 21 die entsprechenden Informationen geliefert, wie es oben im Einzelnen dargelegt ist. Die On-Board-Unit 21 steht in Verbindung mit einem geschlos¬ senen GSM-R-Netzwerk und einem öffentlichen UMTS/LTE-Netzwerk 29.
In der Anordnung gemäß Figur 3 sind Teile, die denen nach Figur 2 entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es ist zu erkennen, dass ein wesentlicher Unterschied zwischen den beiden Ausführungsbeispielen 2 und 3 darin besteht, dass in der On-Board-Unit 30 der ETCS-Antennenumschalter 31 in integrierter Form vorhanden ist, so dass direkt in dem hier nicht dargestellten nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner der On-Board-Unit 30 die Schaltstellung dieses Antennenumschalters 31 und seine Ansteuerung erfolgen können. Ansonsten erfolgt die Umschaltung des ETCS-Antennenumschal- ters in derselben Weise wie es anhand der Figur 1 bereits er¬ läutert worden ist.
In Figur 4 sind Elemente, die denen nach Figur 1 entsprechen, mit denselben Bezugszeichnen versehen. Es ist zu erkennen, dass hier im Antennenweg zwischen dem ETCS-Antennenumschalter 7 und dem Nicht-ETCS-Mobilfunkgerät 12 eine aktive Antennen- signalweiche 41 zwischengeschaltet ist, die über eine Verbin¬ dung 42 mit einer Antennenspannung versorgt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer ETCS (European Train Control System) -Mobilfunkantennenanordnung in einer On-Board-Unit (1) eines ETCS-Bahnfahrzeugs mit mindestens einer ETCS- Mobilfunkantenne (8) mit einem angeschlossenen ETCS- Mobilfunkgerät (5) , die mittels eines ETCS-Antennenumschal- ters (7) alternativ mit einem weiteren ETCS-Mobilfunkgerät oder mit einem weiteren Mobilfunkgerät (12) eines anderen Bahndienstes verbunden wird, wobei
mittels einer Steuerungslogik aus ETCS-Zustandsinformationen der On-Board-Unit (1) des ETCS-Bahnfahrzeugs die Schaltstel¬ lung des ETCS-Antennenumschalters (7) ermittelt und eine An- steuerung des ETCS-Antennenumschalters (7) vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die ETCS-Zustandsinformationen für die Steuerungslogik aus Informationen bezüglich Zustand, Belegung und Kommunikations- anforderungen des in der On-Board-Unit (1) des ETCS- Bahnfahrzeugs verwendeten Mobilfunkgeräts (5) gewonnen wer¬ den .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die ETCS-Zustandsinformationen mittels eines nichtsicher- heitsrelevanten Vorverarbeitungsrechners (3) der On-Board- Unit (1) des ETCS-Bahnfahrzeugs von der Steuerungslogik ge¬ wonnen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
als Steuerungslogik eine in den nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner integrierte Steuerungslogik verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die ETCS-Zustandsinformationen mittels eines die Steuerungs¬ logik umfassenden, separaten Rechnerbausteins gewonnen werden, der auch den ETCS-Antennenumschalter enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
der separate Rechnerbaustein als eine Baugruppe des nicht¬ sicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechners eingesetzt wird .
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
der ETCS-Antennenumschalter (7) auf einer externen Baugruppe angeordnet und mittels einer drahtgebundenen Schnittstelle (10) mit dem nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner (3) verbunden wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
bei der Bildung von Umschaltbefehlen für den Antennenumschalter von der Steuerungslogik ETCS-interne Zustands- und Diag¬ noseinformationen herangezogen werden.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
im Antennenweg zwischen dem ETCS-Antennenumschalter (7) und dem weiteren Mobilfunkgerät (12) eine Antennensignalweiche (41) integriert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
als Antennensignalweiche eine passive Antennensignalweiche verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
Ortsinformationen des ETCS-Bahnfahrzeugs von der Steuerungslogik berücksichtigt werden.
12. ETCS-Bahnfahrzeug mit einer ETCS- Mobilfunkantennenanordnung in einer On-Board-Unit (1) mit mindestens einer ETCS-Mobilfunkantenne (8) und mit einem ETCS-Antennenumschalter (7), der
alternativ mit einem weiteren ETCS-Mobilfunkgerät oder mit einem weiteren Mobilfunkgerät (12) eines anderen Bahndienstes verbindbar ist, wobei mittels einer Steuerungslogik aus ETCS- Zustandsinformationen der On-Board-Unit (1) des ETCS- Bahnfahrzeugs die Schaltstellung des ETCS-Antennenumschalters (7) ermittelbar und eine Ansteuerung des ETCS- Antennenumschalters (7) vornehmbar ist.
13. ETCS-Bahnfahrzeug nach Anspruch 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Steuerungslogik in den nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner (3) der On-Board-Unit (1) integriert ist.
14. ETCS-Bahnfahrzeug nach Anspruch 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
ein die Steuerungslogik umfassender, separater Rechnerbaustein vorgesehen ist, der auch den ETCS-Antennenumschalter enthält .
15. Bahnfahrzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
im Antennenweg zwischen dem ETCS-Antennenumschalter (7) und dem weiteren Mobilfunkgerät 812) eine Antennensignalweiche (41) angeordnet ist.
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