KR100874200B1 - 열차 신호 전송 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열차에 설치되는 차상장치와 지상에 설치되는 지상장치 사이의 비접촉 통신을 수행하는 열차 신호 전송 시스템에 관한 것으로, 특히, 열차에 설치되며, 차상장치에서 입력되는 신호를 소정의 공진 주파수로 변환하여 출력하고, 지상통신모듈에서 전송되는 공진 주파수를 검출하여 지상장치에서 전송되는 신호를 복원한 후, 이를 상기 차상장치에 인가하는 차상통신모듈; 지상에 설치되며, 지상장치에서 입력되는 신호를 소정의 공진 주파수로 변환하여 출력하고, 상기 차상통신모듈에서 전송되는 공진 주파수를 검출하여 차상장치에서 전송되는 신호를 복원한 후, 이를 상기 지상장치에 인가하는 지상통신모듈; 및, 차상장치에서 전송하고자 하는 신호를 상기 차상통신모듈을 통해 소정의 공진 주파수로 변환하면 이를 상기 지상통신모듈에서 임피던스 매칭에 의한 비접촉 수신하여 지상장치로 출력하고, 지상장치에서 전송하고자 하는 신호를 상기 지상통신모듈을 통해 소정의 공진 주파수로 변환하면 이를 상기 차상통신모듈에서 임피던스 매칭에 의한 비접촉 수신하여 차상장치로 출력함으로써 차상장치와 지상장치 상호간의 비접촉 양방향 통신을 수행하는 것;을

포함하여 구성됨을 특징으로 하는 열차 신호 전송 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

이러한 본 발명은, 특히, 송신측에서 전송할 신호를 공진 주파수로 변환하여 출력하면 수신측에서 이를 임피던스 매칭에 의한 주파수 인입

현상을 통해 비접촉 검출하여 차상장치와 지상장치 사이의 양방향 통신을 수행하도록 함으로써 신호 전송에 대한 고도의 신뢰성을 확보하여 신호 전송 오류로 인한 오동작 및 이로 인한 사고를 방지 할 수 있음은 물론 전송 신호를 고효율로 압축하여 전송하므로 인해 전송 효율을 향상시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

열차 신호 전송, 스크린 도어, 임피던스 매칭, 비접촉 통신

Description

열차 신호 전송 시스템 및 그 제어방법{TELEMETERING SYSTEM AND METHOD FOR TRAIN SIGNAL}

도 1 은 본 발명 "열차 신호 전송 시스템"의 구성을 나타낸 구성도,

도 2 는 종래 "열차 신호 전송 장치"의 구성을 나타낸 구성도,

도 3 은 본 발명 "열차 신호 전송 시스템"의 일 구성예를

나타낸 회로 구성도,

도 4 는 본 발명 "열차 신호 전송 시스템"의 신호 변환 패턴의 일례를 나타낸 도면,

도 5 는 본 발명 "열차 신호 전송 시스템"의 차상송신발진부

, 또는 지상송신발진부의

일 구성예를

나타낸 회로도,

도 6 은 본 발명 "열차 신호 전송 시스템"의 임피던스 매칭 관계를 나타낸 도면,

도 7 은 본 발명 "열차 신호 전송 시스템"의 임피던스 매칭 관계를 나타낸 또 다른 도면,

도 8 은 본 발명 "열차 신호 전송 시스템의 제어방법"을 나타낸 제어흐름도,

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100: 차상통신모듈110: 차상신호출력부

120: 차상주파수검출부

130: 차상수신발진부

140: 차상제어부

150: 차상신호입력부

160: 차상스위칭부

170: 차상송신발진부

180: 차상데이터베이스부

200: 지상통신모듈

210: 지상송신발진부

220: 지상스위칭부

230: 지상신호입력부

240: 지상제어부

250: 지상수신발진부

260: 지상주파수검출부

270: 지상신호출력부280:

지상데이터베이스부

S100: 송신단계S110: 신호입력단계

S120: 공진주파수산출단계

S130: 신호전송단계

S200: 수신단계S210: 신호수신판단단계

S220: 공진주파수검출단계

S230: 신호복원단계

S240: 신호출력단계

본 발명은 열차 신호 전송 시스템에 관한 것으로, 특히, 송신측에서 전송하고자 하는 신호를 소정의 공진 주파수로 변환하면, 수신측에서 이를 임피던스 매칭에 의한 주파수 인입

현상을 통해 검출하여 차상장치와 지상장치 상호간의 비접촉 통신을 수행함으로써 신호 전송에 대한 고도의 안전 신뢰성을 확보하여 신호 전송 오류로 인한 오동작 및 이로 인한 사고를 방지할 수 있도록 함은 물론 신호 전송시 소정의 신호 변환 패턴에 의해 전송 신호를 압축, 코드화함으로써 신호 전송 효율을 향상시킨 것이다.

본 발명은 본인의 선출원

발명인 대한민국 특허출원 제 10-2006-0024549호 "열차 신호 전송 장치 및 그 제어방법과 이를 이용한 스크린도어 제어시스템 및 그 제어방법"을 개량한 개량발명이다.

본 명세서에 있어서 열차운행제어장치라 함은, ATS

(AUTOMATIC TRAIN STOP SYSTEM: 열차자동정지장치), ATP

(AUTOMATIC TRAIN PROTECTOR: 열차자동보호장치), ATC

(AUTOMATIC TRAIN CONTROL SYSTEM: 열차자동제어장치), ATO

(AUTOMATIC TRAIN OPERATING SYSTEM: 열차자동운전장치) 등과 같이 열차의 운행을 제어하는 장치를 통칭하여 말한다.

또한, 차상장치라 함은 열차에 설치되는 각종 장치들을 통칭하여 말하는 것으로, 예를 들어, ATS

, ATC

, ATP

, ATO

와 같은 열차운행제어장치 중 열차에 설치되는 장치를 말하거나, 또는 열차의 운행을 제어하는 열차제어시스템, 또는 운전자에 의해 조작되는 운전자 조작장치를 말한다.

또한, 지상장치라 함은 선로 및 역내를 포함하여 지상에 설치되는 각종 장치들을 말하는 것으로, 상기 열차운행제어장치 중 지상에 설치되는 장치나 스크린도어시스템, 지상신호설비 등을 말한다. 이하 같다.

주지하다시피 열차는 고도의 안전성과 신뢰성이 최우선적으로 확보되어야 하는 대량 운송 교통 수단으로, 열차의 안전성을 확보하고 신뢰성 및 정확성을 높여 열차 운행 효율을 향상시키기 위해 ATS

를 비롯한 많은 수의 열차운행제어장치가 개발되어 사용되고 있으며, 더욱 높은 안전성과 정확성 및 운행 효율을 향상시키고 편리한 운전환경을 제공하기 위하여 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.

이러한 열차운행제어장치들은 일반적으로 차상장치와 지상장치 각각에서 검출, 가공한 열차 운행 정보를 상호 교환하여 열차의 운행을 제어함으로써 그 목적을 달성한다.

차상장치와 지상장치 사이의 신호 전송을 수행하는 열차 신호 전송 장치는 열차 운행 제어의 신뢰성을 확보하기 위한 가장 중요하고 기본적인 장치로 일반적으로 RF(RADIO FREQUENCY)를 이용한 신호 전송 기술을 사용하여 구성한다.

기술이 발전함에 따라 열차의 안전성을 더욱 확고히 하고 열차 운전의 편리성, 더 나아가 무인 자동 운전을 위하여 ATC

, ATP

, ATO

와 같은 열차운행제어장치가 개발되었으며, 이러한 장치들의 개발로 인하여 차상장치와 지상장치 사이에 교환하는 정보의 종류가 다양해지고 더욱 많아지게 되었다.

기술이 더욱 발전하고 열차를 이용한 승객 운송량이

많아짐에 따라 승강장 내 승객의 안전을 도모하기 위하여 스크린도어시스템(SCREEN DOOR SYSTEM)이 개발되었으며, 더욱 정밀하고 정확한 열차 운행 제어를 위하여 각종 안전 제어 장치의 개발이 이루어 졌는바, 이러한 개발은 차상장치와 지상장치 사이의 신호 교환을 가속화시켜 더욱 신뢰성 있는 신호 전송 기술을 요구하게 되었다.

그러나 RF 신호 전송 기술을 사용하는 종래의 열차 신호 전송 장치는 RF 신호 전송 기술이 갖는 구조적인 특성 및 전파 환경의 변화로 인하여 전송오류가 발생하게 되고 이로 인해 오동작을 발생하게 되어 사고를 유발하게 된다는 문제점 등이 있었다.

실질적으로 현재 국내에 설치된 RF 신호 전송 기술을 사용하는 열차 신호 전송 장치의 경우 약 100,000분의 1에 해당하는 확률로 오작동을 하게 된다는 구조적인 문제점을 안고 있으며, 이러한 오작동 비율은 다양한 무선전자기기(핸드폰, 텔레비전, 라디오, 각종 전자기기 등)의 발달과 더불어 점차 그 비율이 높아지고 있는 추세이다.

따라서, RF 신호 전송 기술을 사용하는 종래의 열차 신호 전송 장치는 혼선, 잡음, 수신불량 등으로 인해 높은 신뢰성을 확보 할 수 없어 높은 신호 전송 신뢰성을 요하는 열차의 신호 전송 기술로는 적합하지 않다는 문제점이 있었다.

도2는 상기와 같이 RF 신호 전송 기술을 사용하는 종래 열차 신호 전송 장치의 문제점을 해소하기 위한 본인의 선출원

발명 "열차 신호 전송 장치"의 구성을 나타낸 도면으로 본인의 선출원

발명은 도면에서 도시되는 바와 같이, 열차에 설치되며 입력되는 신호를 소정의 공진 주파수로 변환하는 차상신호제어부

(10)와; 지상에 설치되어 소정의 공진 주파수로 발진하다가, 상기 차상신호제어부

(10)의 공진 주파수 설정 구성 요소가 소정의 거리 이내로 접근하면, 상기 차상신호제어부

(10)의 공진 주파수 설정 구성 요소와의 임피던스 매칭에 의한 주파수 변화로부터 상기 차상신호제어부

(10)의 공진 주파수를 검출하여, 열차에서 전송된 신호를 산출하여 출력하는 지상신호제어부

(20)를 포함하여 이루어진 열차 신호 전송 장치이다.

도면 중 미설명

부호 (11)은

신호입력부

, (12)는 차상제어부

, (13)은

스위칭부

, (14)는 차상발진부

, (15)는 표시부를

각각 나타내며, (21)은

지상발진부

, (22)는 주파수검출부

, (23)은

지상제어부

, (24)는 신호출력부, (25)는 열차진입검출부를

각각 나타낸다.

이러한 본인의 선출원

발명은, 열차에 설치된 차상장치(T)에서 지상에 설치된 지상장치(G)로 전송하는 신호를 상기 차상신호제어부

(10)를 통해 소정의 공진 주파수로 변환하면, 이를 지상에 설치된 지상신호제어부

(20)에서 임피던스 매칭에 의한 근거리 비접촉으로 검출하여 해당 신호를 출력함으로써 차상장치에서 지상장치로 전송하는 신호 전송에 대한 고도의 신뢰성을 확보하여 신호 전송 오류로 인한 오동작 및 이로 인한 사고를 방지할 수 있도록 한 것이다.

그러나, 상기와 같은 본인의 선출원

발명은 그 신호 전송 방향이 차상장치에서 지상장치로 이루어지는 일 방향성이므로 인해 지상장치에서 발생한 신호를 차상장치로 전송할 수 없다는 문제점이 있었다.

즉, 본인의 선출원

발명의 경우 그 개발 목적이 차상장치에서 발생하는 제어신호를 지상장치로 전송하기 위한 것으로, 차상장치에서 지상장치로는 신호를 전송할 수 있으나, 지상장치에서 차상장치로는 신호 전송을 할 수 없어 차상장치와 지상장치 사이의 양방향 통신을 수행할 수 없다는 문제점이 있었다.

다시 말해 신호 전송에 있어서는 그 전송 신뢰성을 확보하였으나, 지상장치에서 차상장치로의 신호 전송은 할 수가 없어 차상장치와 지상장치 사이의 양방향통신을

수행할 수 없다는 문제점이 있었다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 종래의 RF 신호 전송 기술을 사용하는 열차 신호 전송 장치의 경우에는 차상장치와 지상장치 사이의 양방향 신호 전송이 가능하나 높은 전송 신뢰성을 확보할 수 없다는 문제점이 있고, 본인의 선출원

발명의 경우에는 신호 전송에 대한 높은 신뢰성은 확보할 수 있으나 양방향 통신을 수행할 수 없다는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 특히, 차상장치, 또는 지상장치에서 전송하고자 하는 신호를 소정의 공진 주파수로 변환하면, 지상장치, 또는 차상장치에서 이를 임피던스 매칭에 의한 주파수 인입

현상을 통해 비접촉으로 검출하여 차상장치와 지상장치 사이의 양방향 통신을 수행함으로써 신호 전송에 대한 고도의 신뢰성을 확보하여 신호 전송 오류로 인한 오동작 및 이로 인한 사고를 방지하고 전송 효율을 향상시킬 수 있는 "열차 신호 전송 시스템 및 그 제어방법"을 제공하기 위한 것이다.

즉, 임피던스 매칭에 의한 비접촉 통신을 수행하는 차상통신모듈과 지상통신모듈을 열차와 지상에 장착하여 차상장치와 지상장치에 각각 접속한 후 상기 차상통신모듈과 지상통신모듈을 통해 차상장치와 지상장치 상호간의 통신을 수행하도록 함으로써 혼선, 잡음, 수신 불량과 같은 종래의 문제점을 제거하여 고도의 전송 신뢰성을 갖도록 하고, 소정의 신호 변환 패턴에 의해 전송 신호를 압축, 코드화함으로써 신호 전송 효율을 향상시켜 고속으로 주행하는 열차에서도 통신이 자유롭도록 한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명 "열차 신호 전송 시스템"은,

열차에 설치되는 차상장치와 지상에 설치되는 지상장치 사이의 비접촉 통신을 수행하는 열차 신호 전송 시스템에 있어서,

상기 열차 신호 전송 시스템은,

열차에 설치되며, 차상장치에서 입력되는 신호를 소정의 공진 주파수로 변환하여 출력하고, 지상통신모듈에서 전송되는 공진 주파수를 검출하여 지상장치에서 전송되는 신호를 복원한 후, 이를 상기 차상장치에 인가하는 차상통신모듈;

지상에 설치되며, 지상장치에서 입력되는 신호를 소정의 공진 주파수로 변환하여 출력하고, 상기 차상통신모듈에서 전송되는 공진 주파수를 검출하여 차상장치에서 전송되는 신호를 복원한 후, 이를 상기 지상장치에 인가하는 지상통신모듈; 및,

차상장치에서 전송하고자 하는 신호를 상기 차상통신모듈을 통해 소정의 공진 주파수로 변환하면 이를 상기 지상통신모듈에서 임피던스 매칭에 의한 비접촉 수신하여 지상장치로 출력하고, 지상장치에서 전송하고자 하는 신호를 상기 지상통신모듈을 통해 소정의 공진 주파수로 변환하면 이를 상기 차상통신모듈에서 임피던스 매칭에 의한 비접촉 수신하여 차상장치로 출력함으로써 차상장치와 지상장치 상호간의 비접촉 양방향 통신을 수행하는 것;을

포함하여 구성됨을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

상기 차상통신모듈은,

차상장치에서 발생하는 신호를 입력받는 차상신호입력부

;

하나 이상의 스위칭수단으로

이루어져 소정의 제어신호에 의해 스위칭 되는 차상스위칭부

;

상기 차상스위칭부에

접속되어 상기 차상스위칭부의

스위칭 동작에 따라 소정의 공진 주파수를 갖는 공진회로를

형성하는 차상송신발진부

;

소정의 공진 주파수로 발진하는 차상수신발진부

;

상기 차상수신발진부에

접속되어, 상기 차상수신발진부의

발진 주파수를 검출하는 차상주파수검출부

;

상기 차상신호입력부와

, 차상스위칭부와

, 차상주파수검출부

사이에 접속되어, 상기 차상신호입력부에서

입력되는 신호에 따라 상기 차상송신발진부가 기 설정된 소정의 공진 주파수를 형성하도록 상기 차상스위칭부의

동작을 제어하고, 상기 차상주파수검출부에서

입력되는 주파수로부터 지상통신모듈에서 전송되는 신호를 검출하여 출력하는 차상제어부

; 및,

상기 차상제어부에

접속되어 상기 차상제어부에서

출력되는 신호를 차상장치에 인가하는 차상신호출력부;를

포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 차상통신모듈은, 상기 차상제어부에

접속되어 차상통신모듈의 작동 이력, 열차 신호 전송 이력, 지상통신모듈의 설치 위치 등을 데이터베이스화하는 차상데이터베이스부를

더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 지상통신모듈은,

지상장치에서 발생하는 신호를 입력받는 지상신호입력부

;

하나 이상의 스위칭수단으로

이루어져 소정의 제어신호에 의해 스위칭 되는 지상스위칭부

;

상기 지상스위칭부에

접속되며, 상기 차상통신모듈 차상수신발진부의

설치위치와 대응되는 위치에 설치되어, 상기 지상스위칭부의

스위칭 동작에 따라 소정의 공진 주파수를 갖는 공진회로를

형성하는 지상송신발진부

;

상기 차상통신모듈 차상송신발진부의

설치위치와 대응되는 위치에 설치되어 소정의 공진 주파수로 발진하는 지상수신발진부

;

상기 지상수신발진부에

접속되어, 상기 지상수신발진부의

발진 주파수를 검출하는 지상주파수검출부

;

상기 지상신호입력부와

, 지상스위칭부와

, 지상주파수검출부

사이에 접속되어, 상기 지상신호입력부에서

입력되는 신호에 따라 상기 지상송신발진부가 기 설정된 소정의 공진 주파수를 형성하도록 상기 지상스위칭부의

동작을 제어하고, 상기 지상주파수검출부에서

입력되는 주파수로부터 차상통신모듈에서 전송되는 신호를 검출하여 출력하는 지상제어부

; 및,

상기 지상제어부에

접속되어 상기 지상제어부에서

출력되는 신호를 지상장치에 인가하는 지상신호출력부;를

포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 지상통신모듈은, 상기 지상제어부에

접속되어 지상통신모듈의 작동 이력, 열차 신호 전송 이력 등을 데이터베이스화하는 지상데이터베이스부를

더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 차상통신모듈의 차상신호입력부

, 또는 지상통신모듈의 지상신호입력부는

, 차상장치, 또는 지상장치에서 발생하는 신호를 차상제어부

, 또는 지상제어부에

인터페이싱

시키는 인터페이싱

장치로 구성됨이 바람직하다.

이를 다시 설명하면 다음과 같다.

상술한 바와 같이 상기 차상장치는 열차운행제어장치(ATS

, ATC

, ATP

, ATO

등) 중 열차에 설치되는 장치(ATS

차상장치, ATC

차상장치, ATP

차상장치, ATO

차상장치)나, 열차의 운행을 제어하는 열차제어시스템, 또는 운전자에 의해 조작되는 운전자 조작장치와 같이 열차에 설치되는 장치를 통칭하여 일컫는 것이며, 지상장치는 열차운행제어장치 중 지상에 설치되는 장치(ATS

지상장치, ATC

지상장치, ATP

지상장치, ATO

지상장치)나, 지상신호설비, 또는 스크린도어시스템과 같이 지상에 설치되는 장치를 통칭하여 지칭하는 것으로, 신호를 전송하고자 하는 차상장치나 지상장치의 종류에 따라 입력되는 신호 포맷이 각기 상이하다.

따라서, 이러한 신호를 상기 차상제어부

, 또는 지상제어부에

입력하기 위해서는 상기 차상제어부

, 또는 지상제어부가 허용하는 신호 입력 포맷으로 변환하여야 하는데 상기 차상신호입력부

, 또는 지상신호입력부는

이러한 인터페이싱

역할을 수행한다.

이러한 차상신호입력부

, 또는 지상신호입력부는

신호를 전송하고자 하는 차상장치, 또는 지상장치의 종류에 따라 각기 다른 구성을 가질 수 있다.

어떤 신호를 검출하여 그 출력 형태 및 레벨을 변환시키는 인터페이싱

기술 및 회로는 공지된 바와 같으므로 그 상세한 구성 및 설명은 생략한다.

상기 차상통신모듈의 차상신호출력부, 또는 지상통신모듈의 지상신호출력부는, 차상제어부

, 또는 지상제어부에서

출력하는 신호를 차상장치, 또는 지상장치에 인터페이싱

시키는 인터페이싱

장치로 구성됨이 바람직하다.

이는, 상술한 차상신호입력부

, 또는 지상신호입력부와

같이 상기 차상제어부

, 또는 지상제어부에서

출력되는 신호 포맷을 변환하여 상기 차상장치, 또는 지상장치에 인가하기 위한 것으로, 신호를 인가하고자 하는 차상장치, 또는 지상장치의 종류에 따라 각기 다른 구성을 가질 수 있다.

차상제어부, 또는

지상제어부에서 출력되는 신호를 차상장치, 또는 지상장치의 입력 신호 포맷으로 변환하는

인터페이싱 기술 및 장치는 공지된 바와 같으므로 그 상세한 구성 및 설명은 생략한다.

상기 차상통신모듈의 차상송신발진부

, 또는 지상통신모듈의 지상송신발진부에서

형성하는 공진 주파수는 두 개 이상임을 특징으로 한다.

상기 차상통신모듈의 차상송신발진부

, 또는 지상통신모듈의 지상송신발진부는

, 코일과 콘덴서로 이루어진 LC 공진회로나, 또는 저항과 콘덴서로 이루어진 RC 공진회로나, 또는 저항과 코일과 콘덴서로 이루어진 RLC

공진회로 중 필요에 따라 선택된 어느 하나로 구성되어, 상기 각 공진회로의 구성 요소 중 어느 하나의 구성요소, 또는 구성요소 전체에 대한 값을 변화시킴으로써 그 공진 주파수를 가변할

수 있도록 구성함을 특징으로 한다.

예를 들어, LC 공진회로로

차상송신발진부

, 또는 지상송신발진부를

구성하고, 콘덴서 C값의 변화에 따라 공진 주파수가 변화되도록 구성하여 1MHz에서 1.4MHz 까지 0.1MHz 단위로 각기 다른 공진 주파수가 설정되도록 구성할 경우에는, 코일 L에 콘덴서 C를 5개 병렬 접속하여 스위칭부를

통해 그 접속을 제어함으로써 5개의 공진 주파수가 형서되도록

할 수 있다. 이때 상기 5개의 콘덴서 C 값은 1MHz에서 1.4MHz의 공진 주파수를 형성하도록 하는 값이다.

이는 콘덴서 C 대신에 코일 L 값을 변화시키거나, 또는 콘덴서 C 값과 코일 L 값을 모두 변화시켜 구성할 수도 있다.

상기 차상통신모듈의 차상송신발진부

, 또는 지상통신모듈의 지상송신발진부는

, 소정의 공진 주파수(이하 "기본발진주파수"라 한다)로 상시 발진하다가 상기 차상신호입력부

, 또는 지상신호입력부를

통해 신호가 입력되면 입력되는 신호에 따라 기 설정된 다른 공진 주파수를 갖도록 구성함을 특징으로 한다.

이러한 차상송신발진부

, 또는 지상송신발진부는

, 차상장치에서 지상장치로 전송하는 신호가 없거나, 또는 지상장치에서 차상장치로 전송하는 신호가 없을 경우에도 소정의 공진 주파수를 갖도록 하는 것으로, 이 공진 주파수의 존재 유무로부터 차상송신발진부

, 또는 지상송신발진부가 정상적으로 동작하는 지의 여부를 검출할 수 있도록 페일

세이프(FAIL-SAFE) 기능을 부가한 것이다.

예를 들어, 차상장치에서 지상장치로 전송하는 신호가 없을 경우나, 지상장치에서 차상장치로 전송하는 신호가 없을 경우, 즉, 상기 차상신호입력부나

지상신호입력부를

통해 입력되는 신호가 없을 경우에는 1MHz의 공진 주파수를 갖도록 하다가 신호 입력에 따라 1.1MHz, 1.2MHz, 1.3MHz, 1.4MHz 등의 값을 갖도록 한다.

이러한 구성은 차상통신모듈이 근접해 있음에도 불구하고 아무 공진 주파수도 검출되지 않거나, 또는 지상통신모듈의 설치 위치에 도달하였음에도 불구하고 아무 공진 주파수가 검출되지 않으면 이를 해당 장치의 고장으로 판단하여 이를 나타내는 신호를 발생함으로써 정상동작 여부를 용이하게 알 수 있음은 신속한 보수를 행할 수 있도록 하기 위한 것이다.

상기 차상통신모듈의 차상송신발진부

, 또는 지상통신모듈의 지상송신발진부의

공진 주파수 형성을 제어하여 차상장치와 지상장치 상호간에 신호를 전송할 경우에는, 소정의 듀티비로

공진 주파수 형성을 제어하여 전송 신호를 나타냄을 특징으로 한다.

예를 들어, 스크린도어시스템의 문 열림을 제어하는 신호인 "문 열림" 신호, "재 개폐" 신호, "문 닫힘" 신호를 전송하고자 할 경우 어떤 특정 주파수에 대한 듀티비

20%는 "문 열림" 신호를, 듀티비

50%는 "재 개폐" 신호를, 듀티비

80%는 "문 닫힘" 신호로 설정하여 나타낼 수 있다.

이러한 차상송신발진부

, 또는 지상송신발진부는

공진 주파수를 형성할 시 그 공진 주파수 형성 시간을 제어하여 펄스폭

변조(PULSE WIDTH MODULATION; PWM

) 제어를 실시함으로써 적은 수의 주파수를 사용하여 많은 수의 신호를 송수신 할 수 있다.

상기 차상통신모듈의 차상송신발진부

, 또는 지상통신모듈의 지상송신발진부의

공진 주파수 형성을 제어하여 차상장치와 지상장치 상호간에 신호를 전송할 경우에는, 두 가지 이상의 공진 주파수를 조합하여 나타냄을 특징으로 한다.

예를 들어, 두 가지의 공진 주파수를 형성하여 차상장치와 지상장치 상호간의 신호 전송을 수행할 경우 상기 예로 든 "문 열림" 신호는 1MKHz

와 1.1MHz의 공진 주파수를 교변하여

나타내고, "재 개폐" 신호는 1.1MHz와 1.2MHz의 공진 주파수를 교변하여

나타내며, "문 닫힘" 신호는 1.2MHz와 1.3MHz의 공진 주파수를 교변하여

나타낼 수 있다.

이러한 차상송신발진부

, 또는 지상송신발진부는

공진 주파수를 형성할 시 공진 주파수의 주파수를 제어하여 FSK

(FREQUENCY SHIFT KEYING;주파수편이방식) 변조, 또는 주파수 변조(FREQUENCY MOFULATION

; FM)를 실시함으로써 적은 수의 주파수로 많은 수의 신호를 나타내 낼 수 있어 신호 전송 효율을 향상시킬 수 있다.

이때, FSK

제어와 PWM

제어를 병행하여 더욱 많은 종류의 신호를 나타낼 수 있음은 물론, 3가지 이상의 공진 주파수를 교변하여

사용함으로써 더욱 많은 수의 신호를 효율적으로 전송할 수 있다.

상기 차상통신모듈의 차상송신발진부

, 또는 지상통신모듈의 지상송신발진부의

공진 주파수 형성을 제어하여 차상장치와 지상장치 상호간에 신호를 전송할 경우에는, 소정의 듀티비로

두 가지 이상의 공진 주파수를 조합하여 나타냄을 특징으로 한다.

예를 들어 1MHz와 1.1MHz 두 개의 공진 주파수를 교변하여

신호를 나타낼 경우 단위 주기에 대해, 1MHz와 듀티비

10%의 1.1MHz는 "A" 신호를, 1MHz와 듀티비

20%의 1.1MHz는 "B" 신호를, 1MHz와 듀티비

30%의 1.1MHz는 "C" 신호를, 1MHz와 듀티비

40%의 1.1MHz는 "D" 신호를, 1MHz와 듀티비

50%의 1.1MHz는 "E" 신호를, 1MHz와 듀티비

60%의 1.1MHz는 "F" 신호를, 1MHz와 듀티비

70%의 1.1MHz는 "G" 신호를, 1MHz와 듀티비

80%의 1.1MHz는 "H" 신호를, 1MHz와 듀티비

90%의 1.1MHz는 "I" 신호를 나타내도록 할 수 있다.

상기 차상통신모듈의 차상송신발진부

, 또는 지상통신모듈의 지상송신발진부의

공진 주파수 형성을 제어하여 차상장치와 지상장치 상호간에 신호를 전송할 경우에는, 소정의 듀티비로

두 가지 이상의 공진 주파수를 조합하여 코드화함을 특징으로 한다.

예를 들어, 1MHz와 1.1MHz 두 개의 공진 주파수를 교변하여

신호를 나타낼 경우 단위 주기에 대해, 1MHz와 듀티비

10%의 1.1MHz는 16진수의 "0" 신호를, 1MHz와 듀티비

20%의 1.1MHz는 16진수의 "2" 신호를, 1MHz와 듀티비

30%의 1.1MHz는 "3" 신호를, 1MHz와 듀티비

40%의 1.1MHz는 "4" 신호를, 1MHz와 듀티비

50%의 1.1MHz는 "5" 신호를, 1MHz와 듀티비

60%의 1.1MHz는 "6" 신호를, 1MHz와 듀티비

70%의 1.1MHz는 "7" 신호를, 1MHz와 듀티비

80%의 1.1MHz는 "8" 신호를 각각 나타내고, 듀티비

10%의 1MHz와 1.1MHz는 16진수의 "9" 신호를, 듀티비

20%의 1MHz와 1.1MHz는 16진수의 "A" 신호를, 듀티비

30%의 1MHz와 1.1MHz는 16진수의 "B" 신호를, 듀티비

40%의 1MHz와 1.1MHz는 16진수의 "C" 신호를, 듀티비

50%의 1MHz와 1.1MHz는 16진수의 "D" 신호를, 듀티비

60%의 1MHz와 1.1MHz는 16진수의 "E" 신호를, 듀티비

10%의 1MHz와 1.1MHz는 16진수의 "F" 신호를 각각 나타내도록 코드화 함으로써

전송 압축률을 높여 전송효율을 향상시킬 수 있다.

이는 빠르게 움직이는 열차에 있어서 순간적으로 많은 양의 데이터를 교환할 수 있도록 한 것으로, 더욱 많은 수의 공진 주파수와 듀티비

제어를 통해 더욱 높은 신호 전송 압축을 행할 수 있다.

이때, 상기의 예에서는 1MHz의 주파수 대역을 설정하여 설명하였으나 상기 주파수 대역은 임의로 설정할 수 있음은 물론이다.

상기 차상통신모듈의 차상제어부

, 또는 지상통신모듈의 지상제어부는

, 입출력단자와, 연산모듈, 메모리 및 경우에 따라 통신모듈이나 A/D 컨버터 기능, 또는 워치독

(WATCH-DOG)기능을 갖춘 마이컴으로 구성되거나 컴퓨터 시스템으로 구성됨이 바람직하다. 이때, 상기 메모리는 마이컴의 내부 메모리 또는 상기 마이컴의 제어를 받는 외부 메모리나 메모리 카드 등으로 구성 할 수 있다.

상기 차상통신모듈의 차상수신발진부

, 또는 지상통신모듈의 지상수신발진부는

, 코일과 콘덴서로 이루어진 LC 공진회로나, 또는 저항과 콘덴서로 이루어진 RC 공진회로나, 또는 저항과 코일과 콘덴서로 이루어진 RLC

공진회로 중 필요에 따라 선택된 어느 하나로 구성됨을 특징으로 한다.

상기 차상통신모듈의 차상수신발진부

, 또는 지상통신모듈의 지상수신발진부를

코일을 사용하는 공진회로로

구성하였을 경우 상기 코일은 소정의 결합도를

갖는 2조의 코일로 구성되어 주파수 검출 특성을 향상시킴을 특징으로 한다.

상기 소정의 결합도를

갖는 2조의 코일은 상호임피던스가 부(-)의 특성을 갖도록 구성함을 특징으로 한다.

이러한 차상통신모듈의 차상수신발진부

, 또는 지상통신모듈의 지상수신발진부는

, 상기 차상통신모듈의 차상수신발진부

, 또는 지상통신모듈의 지상수신발진부를

LC 공진회로나 RLC

공진회로로

구성하였을 경우 상기 코일 L을 2조의 코일로 구성하여 소정의 결합도를

갖도록 배치함으로써, 주파수 인입

특성을 향상시켜 차상송신발진부

, 또는 지상송신발진부에서

발생하는 공진 주파수의 검출 특성을 향상 시키기

위한 것이다.

상기 차상통신모듈의 차상주파수검출부

, 또는 지상통신모듈의 지상주파수검출부는

공지의 아날로그 필터, 또는 디지털 필터로 구성하거나, 또는 차상제어부나

지상제어부에서

소프트웨어적으로 처리함이 바람직하다.

입력되는 신호 중에서 어떤 특정 주파수를 검출하는 필터 기술 및 구성은 공지된 바와 같으므로 그 상세한 구성 및 설명은 생략한다.

한편, 본 발명 "열차 신호 전송 시스템의 제어방법"은,

차상통신모듈과 지상통신모듈을 포함하여 이루어져, 열차에 설치되는 차상장치와 지상에 설치되는 지상장치 사이의 비접촉 양방향 통신을 수행하는 열차 신호 전송 시스템에 있어서,

상기 차상통신모듈, 또는 지상통신모듈의 제어방법은,

전송하고자 하는 신호를 기 설정된 소정의 공진 주파수로 변환하여 출력하는 송신단계;

소정의 주파수로 상시 발진을 수행하다가, 임피던스 매칭에 의한 주파수 변화가 발생하면 이를 검출하여 전송되는 신호를 복원하여 출력하는 수신단계; 및,

송신측에서 전송하고자 하는 신호를 소정의 공진 주파수로 변환하면, 수신측에서 이를 임피던스 매칭에 의한 주파수 인입

현상을 통해 검출하여 전송된 신호를 복원함으로써 비접촉 통신을 수행하는 것;을

포함하여 구성됨을 그 방법적 구성상의 특징으로 한다.

상기 송신단계는,

전송할 신호가 입력되는지의 여부를 검출하는 신호입력단계;

상기 신호입력단계를 수행한 결과 전송할 신호가 입력된 것으로 판단될 경우에는, 기 저장된 신호 변환 패턴을 독출하여

입력된 신호에 대한 공진 주파수를 산출하는 공진주파수산출단계

; 및,

상기 공진주파수산출단계를

수행하여 산출한 공진 주파수 변환 패턴으로 발진 동작을 제어하여 상기 산출된 공진 주파수를 형성시킴으로써 신호를 전송하는 신호전송단계;를

포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 공진주파수산출단계에서

전송할 신호를 공진 주파수로 변환하는 신호 변환 패턴은, 두 가지 이상의 공진 주파수를 조합하여 구성함을 특징으로 한다.

상기 공진주파수산출단계에서

전송할 신호를 공진 주파수로 변환하는 신호 변환 패턴은, 공진 주파수의 듀티비를

제어하여 각기 다른 신호를 나타내도록 함을 특징으로 한다.

상기 공진주파수산출단계에서

전송할 신호를 공진 주파수로 변환하는 신호 변환 패턴은, 두 가지 이상의 공진 주파수를 조합하여 그 듀티비를

제어함으로써 각기 다른 신호를 나타내도록 함을 특징으로 한다.

한편, 상기 수신단계는,

상시 발진을 수행하는 소정의 주파수에 대해 임피던스 매칭에 의한 주파수 변화가 발생하였는지의 여부를 지속적으로 검출하는 신호수신판단단계;

상기 신호수신판단단계를 수행한 결과 주파수 변화가 발생된 것으로 판단되었을 경우, 상기 변화된 주파수를 검출하는 공진주파수검출단계

;

상기 공진주파수검출단계를

수행하여 검출한 공진 주파수를 기 저장된 신호 변환 패턴을 독출하여

전송된 신호를 복원하는 신호복원단계; 및,

상기 신호복원단계를 수행하여 복원한 신호를 출력하는 출력단계;를

포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명 "열차 신호 전송 시스템 및 그 제어방법"은, 특히, 차상통신모듈, 또는 지상통신모듈에서 전송하고자 하는 신호를 소정의 공진 주파수로 변환하여 출력하면, 지상통신모듈, 또는 차상통신모듈에서 이를 임피던스 매칭에 의한 주파수 인입

현상을 통해 비접촉 검출하여 차상장치와 지상장치 사이의 양방향 통신을 수행함으로써 신호 전송에 대한 고도의 신뢰성을 확보하여 신호 전송 오류로 인한 오동작 및 이로 인한 사고를 방지함은 물론 신호전송 효율을 향상시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명 "열차 신호 전송 시스템 및 그 제어방법"의 기술적 사상을 실시예를

들어 상세히 설명하면 다음과 같다.

<실시예

>

본 실시예에

있어서 상기 차상송신발진부

, 또는 지상송신발진부는

, 소정의 기본발진주파수로 상시 발진을 수행하다가 전송할 신호가 입력되면 해당 공진 주파수를 발진하도록 한 것을 예로 하여 설명한다.

또한, 본 실시예에

있어서 차상송신발진부와

지상송신발진부는

LC 발진회로로 구성하며, 상기 LC 발진회로의 콘덴서 C 값을 변환하여 각기 다른 공진 주파수를 형성하도록 구성한 것을 예로 하여 설명한다.

또한, 본 실시예에

있어서 차상주파수검출부와

지상주파수검출부는

밴드패스필터로 구성한 것을 예로 하여 설명한다.

또한 본 실시예에

있어서는 전송할 신호를 공진 주파수로 변환할 시 소정의 듀티비로

두 가지 이상의 공진 주파수를 조합하여 코드화하여 전송하는 것을 예로 하여 설명한다. 즉, 기본발진주파수를 포함한 5개의 발진 주파수를 구성하고, 기본발진주파수를 제외한 나머지의 발진 주파수(공진 주파수) 각각에 대해 듀티비를

20%, 40%, 60%, 80%로 각기 제어하여 16개의 신호를 만든 후 이를 16진수로 코드화하여 전송하는 것을 예로 하여 설명한다.

따라서, 차상주파수검출부와

지상주파수검출부는

5개의 밴드패스필터로 구성되고, 차상송신발진부와

지상송신발진부는

5개의 콘덴서 C 값을 가지며, 상기 콘덴서 C 값을 차상스위칭부

, 또는 지상스위칭부에서

제어하여 각기 다른 공진 주파수를 형성하도록 구성한다.

또한, 본 실시예에

있어서 상기 차상송신발진부와

지상송신발진부가 형성하는 공진 주파수는 설명의 편의상 기본발진주파수를 1MHz로 하고, 0.1MHz 단위로 각기 다른 공진 주파수를 형성하여 신호를 송수신하는 것을 예로 하여 설명한다. 즉, 기본 발진주파수를 1MHz로 한 후, 나머지 1.1MHz, 1.2MHz, 1.3MHz, 1.4MHz의 주파수를 듀티비

20%, 40%, 60%, 80%로 제어하여 각기 다른 16개의 공진 주파수를 형성하도록 한 후 이를 16진수로 코드화하여 신호를 전송하는 것을 예로 하여 설명한다.

또한 본 실시예에

있어서 차상수신발진부와

지상수신발진부는

LC 발진회로로 구성하며, 상기 코일 L은 2조의 코일을 소정의 결합도로 결합한 것을 예로 하여 설명한다.

또한, 본 실시예에

있어서 상기 차상제어부와

지상제어부는

마이컴으로 구성하며, 차상통신모듈과 지상통신모듈에서 발생하는 공진 주파수는 동일한 것으로 하여 설명한다.

상기와 같이 본 실시예를

구성한 이유는, 본 발명의 기술적인 사상에 의한 다른 실시예들은

본 실시예로부터

용이하게 알 수 있기 때문이다.

이하, 본 실시예의 구성 및 작용 효과를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도1에서 도시되는 바와 같이, 차상제어부

(140)의 입력단에

차상신호입력부

(150)와 차상주파수검출부

(120)를 접속하고, 상기 차상제어부

(140)의 출력단에

차상신호출력부(110)와 차상스위칭부

(160)를 접속하며, 상기 차상스위칭부

(160)의 신호 출력단에

차상송신발진부

(170)를 접속한 후, 차상주파수검출부

(120)의 신호 입력단에

차상수신발진부

(130)를 접속하고, 차상장치(T)에 상기 차상신호출력부(110)와 차상신호입력부

(150)를 접속하여 본 실시예에

의한 차상통신모듈(100)을 구성한다.

상기 차상수신발진부

(130)는, 도3에서 도시되는 바와 같이, 소정의 결합도로 결합된 2조의 코일(Lg11, Lg12)과 발진회로(131)로 구성하여 소정의 주파수(예: 990KHz

)로 발진하도록 구성하고, 차상주파수검출부

(120)는, 지상통신모듈(200)에서 전송되는 5개의 공진 주파수(1.0MHz, 1.1MHz, 1.2MHz, 1.3MHz, 1.4MHz)를 각각 검출하기 위한 5개의 밴드패스필터(BPF

11 ~ BPF

15)로 구성한다.

상기 차상송신발진부

(170)는 5개의 공진 주파수를 형성하기 위해 코일(Lt

11)과 5개의 콘덴서(Ct

11 ~ Ct

15)로 구성하여 상기 4개의 콘덴서(Ct

11 ~ Ct

14)를 차상스위칭부

(160)의 제어에 의해 상기 콘덴서 (Ct

11)에 병렬접속 될 수 있도록 구성한다.

상기 차상스위칭부

(170)는 상기 4개 콘덴서(Ct

11 ~ Ct

14)의 접속을 제어할 수 있도록 상기 차상제어부

(140)에서 출력되는 제어 신호에 의해 온/오프되는

스위칭 트랜지스터(TR

11 ~ TR

14)와, 상기 스위칭 트랜지스터(TR

11 ~ TR

14)에 각각 접속된 릴레이 가동 코일(RY

11 ~ RY

14)과 상기 릴레이 가동 코일(RY

11 ~ RY

14)의 여자 상태에 따라 동작되는 릴레이 스위치 접점(RYS

11 ~ RYS

14)로

구성한다.

도면중 미설명

부호 (D11) ~ (D14)는

역기전력 방지 다이오드를 나타낸 것이며, (R11 ~ R14)는 저항을 나타낸 것이다.

상기 차상신호입력부

(150)는 차상장치(T)에서 입력되는 신호를 상기 차상제어부

(140)에 인터페이스 시키는 공지의 인터페이싱

회로로 구성되며, 차상신호출력부(110)는 상기 차상제어부

(140)에서 출력되는 신호를 상기 차상장치(T)에 인가하는 공지의 인터페이싱

회로로 구성된다. 이러한 차상신호입력부

(150)와 차상신호출력부(110)는 차상장치(T)의 종류 및 그 차상장치에서 출력되는 신호 패턴에 따라 각기 다른 구성을 가진다.

한편, 지상제어부

(240)의 입력단에

지상신호입력부

(230)와 지상주파수검출부

(260)를 접속하고, 상기 지상제어부

(240)의 출력단에

지상신호출력부(270)와 지상스위칭부

(260)를 접속하며, 상기 지상스위칭부

(220)의 신호 출력단에

지상송신발진부

(210)를 접속한 후, 지상주파수검출부

(260)의 신호 입력단에

지상수신발진부

(250)를 접속하고, 지상장치(G)에 상기 지상신호출력부(270)와 지상신호입력부

(230)를 접속하여 본 실시예에

의한 지상통신모듈(200)을 구성한다.

상기 지상수신발진부

(130)는, 차상통신모듈과 마찬가지로, 소정의 결합도로 결합된 2조의 코일(Lg21, Lg22)과 발진회로(251)로 구성하여 소정의 주파수(예: 990KHz

)로 발진하도록 구성하고, 지상주파수검출부

(260)는, 상기 차상통신모듈(100)에서 전송되는 5개의 공진 주파수(1.0MHz, 1.1MHz, 1.2MHz, 1.3MHz, 1.4MHz)를 각각 검출하기 위한 5개의 밴드패스필터(BPF

21 ~ BPF

25)로 구성한다.

또한, 상기 지상송신발진부

(210)는 코일(Lt

21)과 5개의 콘덴서(Ct

21 ~ Ct

25)로 구성하고, 지상스위칭부

(220)는 상기 지상제어부

(240)의 제어동작에 따라 4개 콘덴서(Ct

21 ~ Ct

24)의 접속을 제어할 수 있도록 스위칭 트랜지스터(TR

21 ~ TR

24)와, 릴레이 가동 코일(RY

21 ~ RY

24)과, 릴레이 스위치 접점(RYS

11 ~ RYS

14)으로 구성한다.

도면중 미설명

부호 (D21) ~ (D24)는

역기전력 방지 다이오드를 나타낸 것이며, (R21 ~ R24)는 저항을 각각 나타낸다.

상기 지상신호입력부

(230)와 지상신호출력부(270)는 지상장치(G)에서 입력되는 신호를 상기 지상제어부

(240)에 인터페이싱

시키고, 지상제어부

(240)에서 출력되는 신호를 상기 지상제어부

(G)에 인터페이싱

시키는 공지의 인터페이스 회로로 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 실시예의 동작 및 작용 효과를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 차상제어부

(140)와 지상제어부

(240)의 내부메모리, 또는 외부메모리에 전송할 신호를 공진 주파수로 변환하고, 수신된 공진 주파수를 원래의 전송 신호로 복원하는 신호 변환 패턴을 저장한다.

본 실시예에서는

상술한 바와 같이 1.0MHz를 기본발진주파수로 하여 1.1MHz, 1.2MHz, 1.3MHz, 1.4MHz의 주파수를 듀티비

20%, 40%, 60%, 80%로 제어하여 16진으로 코드화한다.

즉, 도4에서 도시되는 바와 같이, 기본발진주파수 1.0MHz에 대해, 1.0MHz와 듀티비

20%의 1.1MHz는 16진수의 신호 "0"으로 코드화하고(도4c), 1.0MHz와 듀티비

40%의 1.1MHz는 16진수의 신호 "1"로 코드화하고(도4d), 1.0MHz와 듀티비

60%의 1.1MHz는 16진수의 신호 "2"로 코드화하고(도4e), 1.0MHz와 듀티비

80%의 1.1MHz는 16진수의 신호 "3"으로 코드화하고(도4f), 1.0MHz와 듀티비

20%의 1.2MHz는 16진수의 신호 "4"로 코드화하고(도4g), 1.0MHz와 듀티비

40%의 1.2MHz는 16진수의 신호 "5"로 코드화하고(도4h), 1.0MHz와 듀티비

60%의 1.2MHz는 16진수의 신호 "6"으로 코드화하고(도4i), 1.0MHz와 듀티비

80%의 1.2MHz는 16진수의 신호 "7"로 코드화하고(도4j), 1.0MHz와 듀티비

20%의 1.3MHz는 16진수의 신호 "8"로 코드화하고(도4k), 1.0MHz와 듀티비

40%의 1.3MHz는 16진수의 신호 "9"로 코드화하고(도4l), 1.0MHz와 듀티비

60%의 1.3MHz는 16진수의 신호 "A"로 코드화하고(도4m), 1.0MHz와 듀티비

80%의 1.3MHz는 16진수의 신호 "B"로 코드화하고(도4n), 1.0MHz와 듀티비

20%의 1.4MHz는 16진수의 신호 "C"로 코드화하고(도4o), 1.0MHz와 듀티비

40%의 1.4MHz는 16진수의 신호 "D"로 코드화하고(도4p), 1.0MHz와 듀티비

60%의 1.4MHz는 16진수의 신호 "E"로 코드화하고(도4q), 1.0MHz와 듀티비

80%의 1.4MHz는 16진수의 신호 "F"로 코드화하여(도4r) 송신하고, 수신되는 공진 주파수는 상기의 역 과정을 수행하여 원래 전송된 신호를 복원하도록 신호 전송 포맷을 설정하여 저장한다.

도4a는 1주기를 나타낸 것이며, 도4b는 1MHz의 기본발진주파수를 나타낸 것이다.

이하 차상통신모듈(100)과 지상통신모듈(200)의 신호 송수신 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 설명에 있어서는 차상장치(T)에서 발생한 신호를 상기 차상통신모듈(100)에서 송신하면, 이를 차상통신모듈(200)에서 수신하여 지상장치(G)로 전송하는 것을 예로 하여 설명한다.

즉, 상기 차상통신모듈(100)은 송신 동작에 대해 설명하고, 지상통신모듈(200)은 수신 동작에 대해 설명한다.

이는, 상기 차상통신모듈(100)과 지상통신모듈(200)의 구성 및 작용 효과가 그 신호 발생 주체와 전송 주체라는 것만 다를 뿐 실질적으로 동일하기 때문이다.

즉, 차상통신모듈(100)과 지상통신모듈(200)의 신호 전송 개체가 차상장치(T)와 지상장치(G)라는 것만 다를 뿐 기본적으로 동일하기 때문이다.

먼저, 차상통신모듈(100)의 송신 과정을 설명하면 다음과 같다.

상기 차상제어부

(140)는, 도8에서 도시되는 바와 같이 신호입력단계(S110)를 수행하여 지상장치(G)로 전송할 신호가 차상신호입력부

(150)를 통해 입력되는지의 여부를 검출한다.

즉, 차상장치(T)에서 지상장치(G)로 전송할 신호가 발생하였는지의 여부를 검출하여 차상장치(T)에서 지상장치(G)로 전송할 신호가 발생한 것으로 판단되면 이를 차상신호입력부

(150)를 통해 차상제어부

(140)에 인터페이싱시키게

된다.

그러면 상기 차상제어부

(140)는 공진주파수산출단계

(S120)를 수행하여 기 저장된 신호 변환 패턴을 독출하여

입력된 신호에 대한 공진 주파수 변환 패턴을 산출하게 된다.

예를 들어, 전송할 신호가 2진 코드 "1101 1011 0101"이라고 가정하면, 전송할 공진 주파수는 도4에서 도시되는 바와 같이, "1.0MHz와 듀티비

40%의 1.4MHz의 공진 주파수" + "1.0MHz와 듀티비

80%의 1.3MHz의 공진 주파수" + "1.0MHz와 듀티비

40%의 1.2MHz의 공진 주파수"로 산출된다. 이를 16진수로 나타내면 "D B 5"이다.

한편, 상기 공진주파수산출단계

(120)를 수행하여 공진 주파수를 산출한 후에는 상기 공진 주파수를 형성하도록 차상스위칭부

(160)의 스위칭을 제어하여 상기 차상송신발진부

(170)가 해당 공진 주파수를 형성하도록 제어하는 신호전송단계(130)를 수행하게 된다.

즉, 지상장치(G)로 전송할 신호를 공진 주파수로 변환하여 상기 차상송신발진부

(170)를 통해 나타냄으로써 신호를 전송하게 된다.

지상통신모듈(200)의 신호 전송 과정은 신호 발생 주체가 차상장치(T)에서 지상장치(G)로 바뀐 것 외에는 상기 차상통신모듈(100)의 신호 전송 과정과 동일하므로 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 상기 차상통신모듈(100)에서 전송된 신호를 수신하는 지상통신모듈(200)의 신호 수신 과정에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 지상제어부

(240)는 신호수신판단단계(S210)를 수행하여 상기 지상수신발진부

(250)의 상시 발진 주파수(기본발진주파수: 본 실시예에서는

설명의 편의상 990KHz

로 한다)가 임피던스 매칭에 의한 주파수 인입

현상에 의해 변화되었는지의 여부를 상기 지상주파수검출부

(260)를 통해 지속적으로 검출하게된다.

이를 다시 설명하면 다음과 같다.

주지하다시피, 어떤 발진회로에 다른 발진회로가 접근하게 되면 이로 인해 전체적인 임피던스가 변화되어 발진 주파수가 변화하게 된다(주파수 인입현상

).

즉, 도6에서 도시되는 바와 같이, 콘덴서(Cg

)와 코일(Lg)로 이루어져 상시 발진을 수행하고 있는 지상수신발진부

(250)에 소정의 공진 주파수를 갖는 차상송신발진부

(170)가 접근하게 되면, 이는 일종의 공심

트랜스와 같이 공기를 사이에 두고 차상송신발진부

(170)의 코일(Lt

)과 콘덴서(Ct

)가 접속된 것과 같은 효과가 발생하여 지상수신발진부

(250) 전체가 갖는 임피던스가 변화되고 이로 인해 발진 주파수가 필연적으로 변화되게 된다.

따라서, 990KHz

의 공진 주파수로 발진하고 있는 지상수신발진부

(250)에 소정의 공진 주파수(1.0MHz ~ 1.4MHz)를 갖는 차상송신발진부

(170)가 일정 거리 이하로 접근하게 되면 전체적인 발진 주파수가 변화하게 되는데, 상기 지상수신발진부

(250)와 차상송신발진부

(170)의 결합도나

Q(QUALITY FACTOR) 값, 또는 상호 임피던스 방향을 제어하여 차상송신발진부

(170)에서 형성하고 있는 공진 주파수가 지상수신발진부

(250)에 인입되어

나타나도록 할 수 있다.

그러므로, 지상주파수검출부

(260)의 밴드패스필터(BPF

21 ~ BPF

24)를 통해 지상수신발진부

(250)의 공진 주파수를 검출하면 차상송신발진부

(170)에 형성된 공진 주파수를 검출할 수 있다.

도6에 있어서 코일 (Lt

)는

차상송신발진부

(170) 전체 코일의 합성 값을 나타낸 것이며, 콘덴서 (Ct

)는 전체 콘덴서의 합성 값을 나타낸 것이다. 즉, 상술한 바와 같이 차상송신발진부

(170)는 발진회로 구성요소인 코일이나 콘덴서의 값을 변화시킴으로써 그 공진 주파수를 변경시킬 수 있는 바, 상기 여러 개로 구성되는 코일, 또는 콘덴서의 합성 값을 하나로 표시한 것이다. 예를 들어, 도5에서 도시되는 바와 같이, 스위치(SW1 ~ SWn

)를 통해 코일(L1)에 병렬 접속된 콘덴서(C1 ~ Cn

)의 합성 값을 (Ct

)로 나타낸 것이다.

마찬가지로 코일 (Lg)는

지상수신발진부

(250)의 전체 코일의 합성 값을 나타낸 것이며, 콘덴서 (Cg

)는 전체 콘덴서의 합성 값을 나타낸 것이다.

도7a는 지상수신발진부

(250)를 구성하는 2조의 코일(Lg21, Lg22)를

각각 나타낸 것이고, 도7b는 차상송신발진부

(170)가 접근하였을 경우를 나타낸 것이며, 도7c는 지상수신발진부

(250)와 차상송신발진부

(170)가 임피던스 매칭 되었을 시의 등가회로를 각각 나타낸 것이다.

도면 중 미설명

부호 (r)은

내부 저항을 나타낸 것이며, 도7c의 등가회로에 있어서 각 등가 소자가 갖는 값과 임피던스 값, 그리고 주파수 특성 및 위상 특성 등은 주지하는 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략한다.

한편, 상기 신호수신판단단계(S210)를 수행한 결과 지상수신발진부

(250)의 발진 주파수가 990KHz

에서 다른 값으로 변화된 것으로 판단되면, 상기 변화된 주파수를 검출하는 공진주파수검출단계

(S220)를 수행하게 된다.

이후, 상기 지상제어부

(240)는 기 저장된 신호 변환 패턴을 독출하여

검출된 공진 주파수로부터 전송된 신호를 복원하는 신호복원단계(S230)와 이 신호복원단계(S220)를 수행하여 복원한 신호를 상기 지상신호출력부(270)를 통해 지상장치(G)로 전송하는 신호출력단계(S240)를 순차적으로 수행하게 된다.

즉, 수신된 공진 주파수 "1.0MHz와 듀티비

40%의 1.4MHz"는 2진 코드 "1101"로 변환하고, "1.0MHz와 듀티비

80%의 1.3MHz"는 "1011"로 변환하고, "1.0MHz와 듀티비

40%의 1.2MHz"는 "0101"로 순차적으로 복원하여 이를 지상장치(G)로 전송하게 된다.

상기의 신호 전송 과정을 요약하여 다시 설명하면 다음과 같다.

먼저, 차상장치(T)에서 신호 "1101"이 발생되어 차상신호입력부

(150)를 통해 차상제어부

(140)에 인가되면, 차상제어부

(140)에를 이를 "1.0MHz와 듀티비

40%의 1.4MHz의 공진 주파수"로 변환하여 상기 차상송신발진부

(170)에 해당 공진 주파수를 형성하게 된다. 그러면 이를 상기 지상수신발진부

(250)와 지상주파수검출부

(260)를 통해 임피던스 매칭에 의한 주파수 인입

현상을 통해 검출하여 다시 원래의 신호인 "1101"로 복원하여 지상장치(G)로 전송하게 되는 것으로, 상기와 같은 과정을 반복 수행하여 차상장치(T)에서 발생한 신호를 지상장치(G)로 전송하게 되는 것이다.

마찬가지로 지상장치(G)에서 발생된 신호는 지상신호입력부

(230)와 지상제어부

(140) 및 지상송신발진부

(210)를 통해 차상장치(T)로 전송할 신호를 나타내게 되고, 상기 차상통신모듈(100)은 차상수신발진부

(130)와 차상주파수검출부

(120) 및 차상제어부

(140)를 통해 이를 수신하여 차상신호출력부(110)를 통해 차상장치(T)로 전송하게 되는 것으로, 이러한 과정을 반복 수행하여 지상장치(G)에서 발생한 신호를 차상장치(T)로 전송하게 되는 것이다.

그러나, 상기의 실시예에

있어서는 신호 변환 시 신호 변환 주파수의 구성을 "기본발진주파수 + 소정의 듀티비를

갖는 주파수" 2개로 한정하여 설명하였으나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다.

즉, "기본발진주파수 + 소정의 듀티비를

갖는 제1 주파수 + 소정의 듀티비를

갖는 제2 주파수 + 소정의 듀티비를

갖는 제3 주파수 + 등등"와

같이 2개 이상의 주파수 및 그 듀티비로

구성함으로써 더욱 적은 수의 공진 주파수로 신호를 송수신 할 수 있음은 물론 더욱 높은 압축 효율을 가질 수 있음을 밝혀둔다. 이때 상기 기본발진주파수는 필요에 따라 삽입 또는 생략할 수 있다.

또한, 상기의 실시예에

있어서는 차상수신발진부와

지상수신발진부의

구성을 2조의 코일을 갖는 LC 발진회로로 하여 설명을 하였으나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다.

즉, 다른 구성을 갖는 LC 발진회로나 RLC

발진회로, 또는 RC 발진회로로 구성할 수 있음을 밝혀둔다.

또한, 상기의 실시예에

있어서는 차상송신발진부와

지상송신발진부를

5개의 공진 주파수를 형성하는 LC 발진회로로 구성하고, 차상통신모듈과 지상통신모듈에서 사용하는 주파수를 동일하게 구성하였으나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다.

즉, RLC

발진회로나 RC 발진회로로 구성할 수 있음은 물론, 형성하는 주파수의 수 및 종류도 필요에 따라 임의로 구성할 수 있음을 밝혀둔다.

또한, 상기의 실시예에

있어서는 차상제어부와

지상제어부를

마이컴을 사용하여 구성하였으나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다.

즉, 컴퓨터 시스템이나 기타 제어 회로를 사용하여 구성할 수 있음을 밝혀둔다.

또한, 상기의 실시예에

있어서는 차상스위칭부와

지상스위칭부를

스위칭 트랜지스터와 릴레이를 사용하여 구성하였으나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정 되지

않음을 밝혀둔다.

또한, 상기의 실시예에

있어서는 차상주파수검출부와

지상주파수검출부를

밴드패스 필터를 사용하여 구성하였으나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다.

즉, 주파수를 검출하는 아날로그 필터나 디지털 필터로 구성하거나 또는 A/D 컨버터를 사용하여 소프트웨어적으로 처리할 수 있음을 밝혀둔다.

또한, 상기의 실시예에

있어서는 데이터베이스부의

구성을 생략하였으나 도1과 도3에서 도시한 바와 같이, 상기 차상제어부에

접속되어 차상통신모듈의 작동 이력, 열차 신호 전송 이력, 지상통신모듈의 설치 위치 등을 데이터베이스화하는 차상데이터베이스부

(180)를 더 포함하여 구성할 수 있음은 물론, 상기 지상제어부에

접속되어 지상통신모듈의 작동 이력, 열차 신호 전송 이력 등을 데이터베이스화하는 지상데이터베이스부

(280)를 더 포함하여 구성할 수 있음을 밝혀둔다.

또한, 상기의 실시예에

있어서 상기 차상송신발진부와

지상송신발진부는

1MHz의 기본발진주파를 상시 형성하도록 하여 설명하였으나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다.

즉, 필요에 따라 상기 기본발진주파수의 형성 여부를 가감할 수 있다.

또한, 상기의 실시예에

있어서는 차상수신발진부와

지상수신발진부가 990KHz

로 상시 발진하는 것을 예로 하여 설명하였으나 이 역시 필요에 따라 그 동작을 제어할 수 있음을 밝혀둔다.

예를 들어, 열차의 진입을 검출하여 열차가 진입할 경우에만 상기 차상수신발진부와

지상수신발진부를

동작시킬 수 있음을 밝혀둔다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명 "열차 신호 전송 시스템 및 그 제어방법"은, 특히, 송신측에서 전송할 신호를 공진 주파수로 변환하여 출력하면 수신측에서 이를 임피던스 매칭에 의한 주파수 인입

현상을 통해 비접촉 검출하여 차상장치와 지상장치 사이의 양방향 통신을 수행하도록 함으로써 신호 전송에 대한 고도의 신회성을

확보하여 신호 전송 오류로 인한 오동작 및 이로 인한 사고를 방지 할 수 있음은 물론 전송 신호를 고효율로 압축하여 전송하므로 인해 전송 효율을 향상 시킬

수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (31)

1. 열차에 설치되는 차상장치와 지상에 설치되는 지상장치 사이의 비접촉 통신을 수행하는 열차 신호 전송 시스템에 있어서,

   상기 열차 신호 전송 시스템은,

   상기 차상장치에서 인가되는 신호를 입력받는 차상신호입력부와,

   하나 이상의 스위칭수단으로 이루어져 차상제어부의 제어신호에 의해 스위칭 되는 차상스위칭부와,

   상기 차상스위칭부에 접속되어 상기 차상스위칭부의 스위칭 동작에 따라 각기 다른 공진 주파수를 갖는 공진회로를 형성하는 차상송신발진부와,

   초기 설정된 공진 주파수로 발진하다가 지상통신모듈이 근접하였을 시 상기 지상통신모듈에서 발진하는 공진 주파수로 발진 주파수가 변화하는 차상수신발진부와,

   상기 차상수신발진부에 접속되어, 상기 차상수신발진부의 발진 주파수를 검출하는 차상주파수검출부와,

   상기 차상신호입력부와, 차상스위칭부와, 차상주파수검출부 사이에 접속되어, 상기 차상신호입력부에서 입력되는 신호에 따라 상기 차상송신발진부가 각기 다른 공진 주파수를 형성하도록 상기 차상스위칭부의 동작을 제어하고, 상기 차상주파수검출부에서 출력되는 발진 주파수로부터 지상통신모듈에서 전송되는 신호를 복원하여 출력하는 차상제어부와,

   상기 차상제어부에 접속되어 상기 차상제어부에서 출력되는 신호를 차상장치에 인가하는 차상신호출력부를 포함하여 이루어져 열차에 설치되는 차상통신모듈; 및,

   상기 지상장치에서 인가되는 신호를 입력받는 지상신호입력부와,

   하나 이상의 스위칭수단으로 이루어져 지상제어부의 제어신호에 의해 스위칭 되는 지상스위칭부와,

   상기 지상스위칭부에 접속되며, 상기 차상수신발진부의 설치위치와 대응되는 위치에 설치되어, 상기 지상스위칭부의 스위칭 동작에 따라 각기 다른 공진 주파수를 갖는 공진회로를 형성하는 지상송신발진부와,

   상기 차상송신발진부의 설치위치와 대응되는 위치에 설치되며, 초기 설정된 공진 주파수로 발진하다가, 상기 차상통신모듈이 근접하였을 시 상기 차상송진발진부에서 발진하는 공진 주파수로 발진 주파수가 변화하는 지상수신발진부와,

   상기 지상수신발진부에 접속되어, 상기 지상수신발진부의 발진 주파수를 검출하는 지상주파수검출부와,

   상기 지상신호입력부와, 지상스위칭부와, 지상주파수검출부 사이에 접속되어, 상기 지상신호입력부에서 입력되는 신호에 따라 상기 지상송신발진부가 각기 다른 공진 주파수를 형성하도록 상기 지상스위칭부의 동작을 제어하고, 상기 지상주파수검출부에서 출력되는 발진 주파수로부터 차상통신모듈에서 전송되는 신호를 복원하여 출력하는 지상제어부와,

   상기 지상제어부에 접속되어 상기 지상제어부에서 출력되는 신호를 지상장치에 인가하는 지상신호출력부를 포함하여 이루어져 지상에 설치되는 지상통신모듈;을 포함하여 구성되어,

   상기 차상통신모듈을 통해 차상장치에서 전송하고자 하는 신호를 공진 주파수로 변환하여 출력하면 이를 상기 지상통신모듈에서 비접촉 수신하여 지상장치로 보내기 위한 신호로 복원한 후 상기 지상장치로 출력하고, 상기 지상통신모듈을 통해 지상장치에서 전송하고자 하는 신호를 공진 주파수로 변환하여 출력하면 이를 상기 차상통신모듈에서 비접촉 수신하여 차상장치로 보내기 위한 신호로 복원한 후 상기 차상장치로 출력함으로써, 차상장치와 지상장치 상호간의 비접촉 양방향 통신을 수행함을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 열차 신호 전송 시스템.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서 상기 차상통신모듈은, 상기 차상제어부에 접속되어 차상통신모듈의 작동 이력, 열차 신호 전송 이력, 지상통신모듈의 설치 위치 등을 데이터베이스화하는 차상데이터베이스부를 더 포함하여 특징으로 하는 열차 신호 전송 시스템.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서 상기 차상송신발진부는, 코일과 콘덴서로 이루어진 LC 공진회로나, 또는 저항과 콘덴서로 이루어진 RC 공진회로나, 또는 저항과 코일과 콘덴서로 이루어진 RLC 공진회로 중 어느 하나로 구성되어, 상기 각 공진회로를 구성하는 구성 요소 값을 변화시킴으로써 그 공진 주파수를 변화시킴을 특징으로 하는 열차 신호 전송 시스템.
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서 상기 차상송신발진부의 공진 주파수 형성을 제어하여 차상장치와 지상장치 상호간에 신호를 전송할 경우에는, 공진 주파수의 듀티비를 변화시켜 전송 신호를 나타냄을 특징으로 하는 열차 신호 전송 시스템.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 차상송신발진부의 공진 주파수 형성을 제어하여 차상장치와 지상장치 상호간에 신호를 전송할 경우에는, 하나의 신호에 대해 두 가지 이상의 각기 다른 공진 주파수를 교번 출력하여 전송 신호를 나타냄을 특징으로 하는 열차 신호 전송 시스템.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 차상송신발진부의 공진 주파수 형성을 제어하여 차상장치와 지상장치 상호간에 신호를 전송할 경우에는, 하나의 신호에 대해 두 가지 이상의 각기 다른 공진 주파수를 교번 출력하고, 그 교번 출력하는 공진 주파수의 듀티비를 변화시켜 전송 신호를 나타냄을 특징으로 하는 열차 신호 전송 시스템.
10. 삭제
11. 제 1 항에 있어서, 상기 차상수신발진부는, 코일과 콘덴서로 이루어진 LC 공진회로나, 또는 저항과 콘덴서로 이루어진 RC 공진회로나, 또는 저항과 코일과 콘덴서로 이루어진 RLC 공진회로 중 어느 하나로 구성됨을 특징으로 하는 열차 신호 전송 시스템.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 차상수신발진부를 코일을 사용하는 공진회로로 구성하였을 경우 상기 코일은, 상호임피던스가 부(-)의 특성을 갖는 2조의 코일로 구성함을 특징으로 하는 열차 신호 전송 시스템.
13. 삭제
14. 삭제
15. 제 1 항에 있어서, 상기 지상통신모듈은, 상기 지상제어부에 접속되어 지상통신모듈의 작동 이력, 열차 신호 전송 이력 등을 데이터베이스화하는 지상데이터베이스부를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 열차 신호 전송 시스템.
16. 삭제
17. 제 1 항에 있어서, 상기 지상송신발진부는, 코일과 콘덴서로 이루어진 LC 공진회로나, 또는 저항과 콘덴서로 이루어진 RC 공진회로나, 또는 저항과 코일과 콘덴서로 이루어진 RLC 공진회로 중 어느 하나로 구성되어, 상기 각 공진회로를 구성하는 구성 요소 값을 변화시킴으로써 그 공진 주파수를 변화시킴을 특징으로 하는 열차 신호 전송 시스템.
18. 삭제
19. 제 1 항에 있어서, 상기 지상송신발진부의 공진 주파수 형성을 제어하여 차상장치와 지상장치 상호간에 신호를 전송할 경우에는, 공진 주파수의 듀티비를 변화시켜 전송 신호를 나타냄을 특징으로 하는 열차 신호 전송 시스템.
20. 제 1 항에 있어서, 상기 지상송신발진부의 공진 주파수 형성을 제어하여 차상장치와 지상장치 상호간에 신호를 전송할 경우에는, 하나의 신호에 대해 두 가지 이상의 각기 다른 공진 주파수를 교번 출력하여 전송 신호를 나타냄을 특징으로 하는 열차 신호 전송 시스템.
21. 제 1 항에 있어서, 상기 지상송신발진부의 공진 주파수 형성을 제어하여 차상장치와 지상장치 상호간에 신호를 전송할 경우에는, 하나의 신호에 대해 두 가지 이상의 각기 다른 공진 주파수를 교번 출력하고, 그 교번 출력하는 공진 주파수의 듀티비를 변화시켜 전송 신호를 나타냄을 특징으로 하는 열차 신호 전송 시스템.
22. 삭제
23. 제 1 항에 있어서, 상기 지상수신발진부는, 코일과 콘덴서로 이루어진 LC 공진회로나, 또는 저항과 콘덴서로 이루어진 RC 공진회로나, 또는 저항과 코일과 콘덴서로 이루어진 RLC 공진회로 중 어느 하나로 구성됨을 특징으로 하는 열차 신호 전송 시스템.
24. 제 23 항에 있어서, 상기 지상수신발진부를 코일을 사용하는 공진회로로 구성하였을 경우 상기 코일은, 상호임피던스가 부(-)의 특성을 갖는 2조의 코일로 구성함을 특징으로 하는 열차 신호 전송 시스템.
25. 삭제
26. 삭제
27. 삭제
28. 삭제
29. 삭제
30. 삭제
31. 삭제

Images