SE456287B - Anordning for positionsovervakning av ett antal mobila enheter fran en central kontrollstation - Google Patents

Description

456 287 10 15 20 25 30 35 2 Exempelvis kan vid uppkommande trafikstockningar en- skilda enheter dirigeras om och styras från basstationen.

En anläggning av ovan nämnt slag är inte bara nyttig till- sammans med allmän transport av passagerare utan har ock- så visat sin ändamålsenlighet i samband med exempelvis penningtransporter eller patrullering av olika slag.

Kommunikationer mellan blockposterna och de enskilda mobila enhetern sker trådlöst och bygger på diverse tek- nologier, men de flesta lämpar sig inte för föreliggan- de användningsändamàl. Sålunda har kommunikation med in- frarött ljus bara begränsad räckvidd. Detsamma gäller för kommunikation med ultraljud, som dessutom har dåligt sig- nal-störningsförhållande. RF-kommunikation på mycket låga frekvenser är känd i samband med rälstrafik, men denna teknik är kostnadskrävande och vansklig att upprätthàlla¿ Radiokommunikation inom mikrovågsomràdet är det oftast använda förfarandet på grund av dess pålitlighet, men den är i gengäld mycket kostnadskrävande.

Inom VHF/UHF-området använd apparatur är däremot mindre kostnadskrävande. Men där finns en hel del radio- trafik i etern, så att det kan vara svårt att få erfor- derligt antal kommunikationskanaler tilldelat av Tele- verket.

Genom beskrivningen i US patentet 3 644 883 är det känt att trafikövervakningssystem, där man fràn ett tra- fikkontrollcentrum kontinuerligt utsänder en sekvens av meddelanden som innehåller var sin adress till en buss, och varvid från varje buss mottages informationer om dess position vid svarstidpunkten. Fràgemeddelandena sän- des pà en frekvens, frågefrekvensen, medan svarsmeddelan- dena från de enskilda bussarna sändes på en annan frekvens, svarsfrekvensen. Denna del av kommunikationen mellan tra- _fikkontrollcentrum och varje enskild buss sker digitalt.

Härutöver är det vid den kända anordníngen möjligt att kommunicera på samtalsnivå mellan chaufför och trafik- kontrollcentrum, vilket sker pà en annan kanal, samtals- kanalen. »r 10 15 20 25 30 35 456 287 3 Vidare mottager varje enskild buss positionsspecifi- ka informationer vid passage av en blockpost, som kon- tinuerligt utsänder meddelanden vilka innehåller en för den aktuella blockposten specifik identifikationskod.

Varje blockpost omfattar en digital positionsgenerator, vars utgångssignaler genom FSK-teknik omsättes till to- ner, vilka användes till att modulera en konstant arbe- tande sändare.

Det är således en betydande teknisk apparat som är involverad i detta kända trafikövervakningssystem med separata sändare och mottagare för kommunikation mellan buss och trafikkontrollcentrum och mellan buss och block- poster, samtidigt som därvid fem olika kommunikationska- naler eller -frekvenser tas i anspråk.

Enligt föreliggande uppfinning föreslås en positions- övervaknings- och röstkommunikationsanordning varvid mot- tagaren i varje enskild mobil enhet innefattar endast en mottagare för att mottaga all kommunikation från den centrala basstationen och likväl från “blockpost"-sändar- na, och varvid basstationens sändarfrekvens och varje enskild blockposts sändarfrekvens båda ligger inom VHF- UHF-omrâdet och företrädesvis har samma eller huvudsak- ligen samma frekvens.

Kommunikationsanordningen i var och en av de mobila enheterna blir mindre kostnadskrävande eftersom endast en mottagare behöver installeras i varje mobil enhet.

Vidare användes sändaranordningen i den mobila enheten för att sända både röstkommunikation och positionsdata, varigenom basstationen således endast kräver en mottaga- re. Således förenklas även den stationära anordningen och blir därigenom också mera prisvärd.

Slutligen minskas behovet av kommunikationskanaler genom att endast använda en enda kanal i stället för att i enlighet med teknikens ståndpunkt använda två kanaler.

Företrädesvis användes huvudsakligen samma bär- frekvens i blockpostsändarna och kontrollstationssändar- 456 287 10 15 20 25 30 35 4 na. För att säkerställa adekvat acceptans av signalerna enligt uppfinningen väljes förhållandet mellan signal- nivån från blockpostsändarna och signalnivàn från den centrala kontrollsändaren på sådant sätt att signalniván på de mobila enheternas förflyttningslinje alldeles fram- för blockposterna ligger tillräckligt högt över huvudni- vån för signalen från kontrollstationen för att åstadkom- ma en adekvat meddelandeacceptans av signalerna från blockposten och att antennen av blockpostens sändare har ett utstràlningsmönster med en relativt smal huvudstrále som är riktad mot den mobila enhetens förflyttningslinje.

Därigenom möjliggöres det för den mobila enheten att ac- ceptera positionsindikeringsinformationen vid passage av blockposten. Efter det att den mobila enheten har passerat blockposten har endast kontrollstationens signaler sådan nivà som medger dem att bli mottagna av den mobila enhe- tens mottagare.

Om de lokala mottagningsförhållandena i de mobila enheternas trafikområde hindrar användningen av i huvud- sak samma frekvens kan det vara fördelaktigt att använda högre eller lägre frekvens för blockpostsändarna, före- trädesvis inom UHF-bandet genom att anordna extra kret- sar vid ingången av varje mobil enhet för frekvensomsätt- ning från en blockposts signalfrekvens till basstatio- nens arbetsfrekvens, varvid från en blockpost till mot- tagaren i en mobil enhet utsänd positionsindikerings- information förblir opáverkad av frekvensomvandlingen.

Vid denna utföringsform krävs endast nâgra mindre hjälp- kretsar och huvudsakligen samma mottagarutrustning an- vändes fortfarande både för talkommunikation och för lägesindikeringsinformation.

Företrädesvis innefattar hjälpkretsarna en serie- koppling av ett bandpassfilter för blockpostens sändar- frekvens, en förstärkare, en frekvensomsättare eller blandarekrets som är förbunden med en lokal oscillator, ett bandpassfilter för kontrollstationens transmitter- frekvens samt någon förbindelse, varvid nämnda serie- 10 15 20 25 30 35 456 287 5 kretsar insättes mellan den ordinarie mottagaren och den ordinarie antennen till nämnda mottagare.

Uppfinningen förklaras nu närmare nedan i anslut- ning till bifogade ritningar. Därvid visar fig 1 en schematisk återgivning av de enskilda i en positionsövervakningsanordning ingående huvudenhe- terna, fig 2 de enheter, som ingår i en sändar/mottagar- utrustning för en mobil enhet, fig 3 för olika signalnivåer meddelandeacceptansen som funktion av nivàskillnaden mellan signalstyrkorna för tvà signaler på samma frekvens, fig 4 visar den relativa signalnivån från antennen på en signalpost som funktion av det relativa avståndet i rörelseriktning, fig 5 en skiss för att illustrera en basstations täckprofil och fig 6 ett diagram över en modifierad sändare/motta- gare i en mobil enhet.

Bästa sättet att utöva uppfinningen I fig 1 har en stationär basstation i sin helhet be- tecknats med 10. Den omfattar i princip en central dator 11 som innehåller all relevant information om de mobila enheter som hör till anordningen samt de linjer som tra- fikeras och de tidpunkter när dessa enheter enligt tid- tabellen skall passera speciella platser i linjesystemet, och en sändar/mottagardel 12, som via en antenn 13 står i radiokontakt med en mobil enhet 14. Vidare omfattar basstationen bruklig utrustning för en dylik station för övervakning av linjenätet, såsom kontrolltablàer med display- och skrivarenheter jämte radiotelefonutrustning för att etablera samtalsförbindelser med var och en av de mobila, till systemet hörande enheterna. Eftersom emellertid sådan utrustning är konventionell och i övrigt icke ingàr i uppfinningen visas den inte närmare pá rit- ningen. Detsamma gäller interface- utrustning mellan 456 287 10 15 20 25 30 35 6 centraldatorn 11 och sändar/mottagardelen 12.

På ritningen har en mobil enhet 14 symboliskt åter- givits liknande en buss. För anläggningen är det avgöran- de att varje mobil enhet 14 följer en känd linje och passerar vissa fixpunkter på sin väg. En sådan fixpunkt har markerats med en blockpost 15, som i princip bestàr av en sändare som via en antenn 16 konstant utsänder en signal av passande styrka samt innehåller information om den aktuella blockpostens läge i linjenätet.

Fran basstationen 10 utsändes en rad frägemeddelan- den, vart och ett med individuell adress till en mobil enhet 14, vilken vid mottagande av ett frågemeddelande avsänder sitt svarsmeddelande med identifikationskod för aktuell enhet samt upplysning om dess aktuella posi- tion. Denna kommunikation mellan basstationen 10 och de mobila enheterna 14 sker genom två kanaler, en fråge- kanal med frekvensen F1 och en svarskanal med frekvensen F2, vilket i fig 1 markerats med en dubbelpil 17.

Blockpostens 15 läge sändes till den mobila enheten 14 när denna passerar blockposten. Denna information lagras pä känt sätt i ett minne till dess att nästa sig- nalpost i systemet passeras. Den mellan de båda signal- posterna tillryggalagda distansen mätes kontinuerligt, exempelvis medelst en odometer. Detta uppmätta värde överföres också pà känt sätt till positionsminnet, så att den med svarsmeddelandet medsända positionsuppgif- ten är korrekt inom en viss marginal.

Enligt uppfinningen sänder samtliga blockposter 15 på samma frekvens F1 som basstationen 10, vilket antytts med en enkelriktad pil 18. Detta innebär den fördelen att man spar en extra mottagare i varje mobil enhet sam- tidigt som behovet av transmissionskanaler likaledes kan hållas på ett minimum. Det är inte okänt att det är vansk- ligt och för att inte säga omöjligt att hitta lediga kanaler i VHF/UHF-bandet.

I fig 2 visas de för uppfinningen viktigaste enhe- terna som ingàr i en mobil enhets 14 sändar/mottagarut- M 10 15 20 25 30 35 456 287 7 rustning. Via en antenn 21 mottager den mobila enheten ett meddelande från basstationen 10 eller från en block- post 15. Detta mddelande ledes vidare genom ett band- passfilter 22 med mittfrekvensen F1 till en mottagare 23. I mottagaren selekteras de inkomna meddelandena så att blott det meddelande från basstationen 10, som har rätt adress, eller ett meddelande fràn en blockpost 15 åstadkommer ett svar. Detta svar består i att positions- koden för en blockpost lagras i en kontrollenhet 24, som också mottager informationer fràn en icke àtergiven odometer beträffande den körda vägsträckan sedan senas- te blockpostpassage. Svaret kan även bestå i att ett mottaget frågemeddelande åstadkommer att den positions- information som vid den aktuella tidpunkten finns lagrad i kontrollenheten 24 överföres till en sändare 25 som utsänder denna information tillsammans med den mobila enhetens identifikationskod på ett annat bandpassfilter 26 med mittfrekvensen F2.

-För att kommunikationen mellan basstationen och mobilenheten samt mellan blockpost och mobilenhet skall kunna ske på avsett sätt, är det nödvändigt att vissa kriterier är uppfyllda. För det första är det nödvän- digt att meddelandeacceptansen är rimligt hög både vid mottagande av frågemeddelanden från basstationen och vid mottagande av positionsmeddelanden vid passage av en blockpost. För det andra skall utstrálningsdiagram- met för blockpostens antenn 16 vara så smalt att dess position definieras med rimlig noggrannhet och så smalt relativt avståndet mellan blockposterna att sannolik- heten för att ett fràgemeddelande inte mottages blir rimligt liten men heller inte så smal att meddelande- acceptansen under blockpostpassage med normal genom- snittsfart blir för liten. Detta ställer krav om ett visst minimiavstånd mellan enskilda blockposter.

Gör man ett försök med tvá olika sändare som sänder på samma frekvens men på olika nivåer och försöker att bestämma meddelandeacceptansens storlek som funktion av 456 287 10 15 20 25 30 35 8 nivàskillnaden på mottagarestället mellan de båda sän- darnas signalstyrka, finner man att meddelandeacceptan- sen är 50% redan vid en nivåskillnad pà blott 6 dB, me- dan en meddelandeacceptans på 95% kräver en nivåskill- nad på ca 24 dB. Dessa värden är någorlunda oberoende av den absoluta signalnivån. Detta framgår av fig 3 där detta samband avbildats i ett koordinatsystem med med- delandeacceptansen i % på ordinatan och nivàskillnaden i sändarens signalstyrka mätt i dB utmed abskissan.

Fig 4 visar ett utstràlningsdiagram för en två- elementhalvvag-"end-fire"-antenn, som är väl lämplig som antenn 16 för en blockpost 15. Diagrammets ordinata anger medelvärden av den relativa signalnivån i dB, och dess abskissa det relativa avståndet i meter räknat i körriktning för en i anläggningen ingående mobil enhet.

Diagrammet är, som förväntat, förhållandevis symmetriskt relativt antennaxeln och utvisar en smal öppningsvinkel.

Ca 10 meter på var sida om blockposten har signalnivån redan sjunkit 6 dB 1 förhållande till maximal signal- styrka i antennens huvudriktning och knappt 50 m utåt sidorna är antennens signalstyrka ytterligare 20 dB lägre. Väljer man sändningsstyrkan för en enkel block- post 15 på sådant sätt att 6 dB-nivån är lika med me- delnivån för signalen från basstationen 10, är medde- landeacceptansen för ett från en blockpost utsänt med- delande ca 50%, jämför kurvorna i fig 3, och passerar en mobil enhet förbi en blockpost med en genomsnitts- fart på 10 m/sek mottar denna enhet från blockposten ca 5 - 10 meddelanden eftersom varaktigheten av ett med- delande med paus är ca 100 ms. Det föreligger således säkerhet för att den mobila enheten mottar positions- upplysningen från den passerade blockposten och lagrar upplysningen för senare vidare befordran till bassta- tionen.

Motsvarande arbetsbetingelser kan uppnås med andra antennformer, exempelvis reflektorantenner eller mer komplexa antennsystem. k! 10 15 20 25 30 35 456 287 9 Av fig 4 framgår vidare att signalstyrkan fràn block- posten ca 5 m på båda sidor om densamma har avtagit till en nivå på ca 20 dB under medelnivàn för signaler fràn basstationen. På detta ställe är meddelandeacceptansen för ett meddelande från basstationen 10 ca 90%, jämför fig 3. Detta är utmärkt eftersom basstationen konstant utsänder frågor med samma adress, men om så inte är fal- let är det nödvändigt att ha ett visst minimiavstànd mellan signalposterna för att sannolikheten för att en mobil enhet inte skall mottaga ett anrop från basstatio- nen inte skall bli för stor.

I fig 5 åskådliggöres basstationens täckprofil.

Avstànden mellan blockposterna har betecknats med a, och de trapetsformade kurvorna däremellan anger meddelande- acceptansen för meddelanden från basstatiohen. Avstån- det b anger längden av den sträcka utmed en blockpost där acceptansen är mindre än 90%. Kräves en meddelande- acceptans helt utanför blockposternas arbetsområde på 95% och kallas denna kvantitet 1-PO, kan man visa att sannolikheten P för att en mobil enhet inte skall motta ett meddelande från basstationen kan uttryckas som: P = PO + b/a (1-PO) och härav härledes minimiavstånden mellan blockposterna till: amin = b (1-Po) /(P-PO).

Sättes härvid b = 100 m, P = 0,1 och Po = 0,05, erhålles ett minimiavstánd amin pà 2 km.

Ovanstående sifferexempel mà emellertid inte tolkas restriktivt, eftersom fastställandet av de beskrivna niväskillnaderna i signalstyrkan exempelvis i hög grad beror på, vilka meddelandeacceptansnivàer man i givna situationer anser tillfredsställande.

Emellertid kan den situationen inträffa att den med en basstation 10 samordnade frâgefrekvensen F1 är för låg för att kunna använda samma frekvens även som arbetsfrekvens för blockposterna eftersom antennernas 16 utstrålningsvinkel då inte kan hållas så snäv som 456 287 10 15 10 önskas enligt vad som anförts ovan. I så fall kan en- ligt uppfinningen sändarutrustningen i varje mobil en- het utökas med en egen oscillator och frekvenskonverter så att i den mobila enheten fortfarande kan användas samma mottagare som förut. Denna utökning visas i fig 6.

Jämfört med diagrammet enligt fig 2 består utökningen i ett delningsfilter 31 för blockpostens arbetsfrekvens Fb som från antennen 21 leder signalen vidare genom en förstärkare 32 till en frekvensomvandlare 33 som mottar en signal från en egen oscillator 34 som arbetar med frekvensen Fb-F1. Den av omvandlaren 33 sammansatta sig- nalen ledes genom ett bandpassfilter 35 med mittfrekven- sen F1 och innehåller nu den information som överförts till antennen 21 på arbetsfrekvensen Fb. Signalen ledes till mottagaren genom ett additionsorgan 36. För att tillmötesgå en situation, där basstationens arbetsfre- kvens är för låg i förhållande till den för blockposter- na optimalt önskvärda, kräves således bara en extra teknisk åtgärd av blygsam omfattning.

Claims (3)

10 15 20 25 30 456 287 ll PATENTKRAV

1. l. Anordning för positionsövervakning av ett antal mobila enheter (14) frán en central kontrollstation, varvid de mobila enheterna (14) förflyttar sig på i för- väg kända liner, vilken anordning omfattar en stationär basstation (10) som täcker åtminstone en transmisions- kanal, innefattande en sändare för att sända sprák- el- ler datakommunikation på en första frekvens (Fl) och en mottagare (12) för att mottaga språk- eller datakommu- nikation på en andra frekvens (F2) för selektiv radio- kommunikation med de mobila enheterna (14), varvid var och en av de mobila enheterna (14) på likartat sätt in- nehàller en sändare (25) och en mottagare (23) för ra- diokommunikation med nämnda basstation (10) och med ut- med de kända linerna i bestämda positioner anordnade "b1ockposter", vilka var och en är försedda med en sän- dare (15) med kort räckvidd för överförande under dess passage av positionsspecifik information till ett i var- je mobil enhet (14) anordnat minnesorgan (24), varvid nämnda kontrollstation vidare innefattar en dator som sekventiellt åstadkommer avfrågningssignaler till varje mobil enhet (l4), efter vilkas mottagning varje mobil enhet svarar vid kontrollstationen och sänder sin lag- rade och bearbetade positionsinformation, k ä n - n e t e c k n a d därav, att mottagaren (23) i varje mobil enhet (14) innefattar endast en mottagare för att mottaga all kommunikation från den centrala basstationen (10) och likaså från "blockpost"-sändarna, och varvid basstationens (10) sändarfrekvens (Fl) och varje indivi- duell blockposts sändarfrekvens (Fb) båda ligger inom VHF-UHF-området och företrädesvis har samma eller i det närmaste samma frekvens.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d därav, att förhållandet mellan signalnivàn från 456 287 10 15 20 12 blockpostsändarna och signalnivàn frán den centrala kontrollsändaren har valts på sådant sätt att signal- nivån på de mobila enheternas (14) förflyttningslinjer alldeles framför blockposterna ligger tillräckligt högt över huvudnivån för signalen från kontrollstationen för att åstadkomma en adekvat meddelandeacceptans av signa- lerna från blockposten och att antennen av blockpostens sändare har ett utstrâlningsmönster med en relativt smal huvudstràle som är riktad mot den mobila enhetens (14) förflyttningslinje.

3. Anordning enligt krav 1, varvid basstationens (10) arbetsfrekvens (Fl) är alternativt väsentligt lägre eller högre än blockposternas (15, 16) Signalfrekvens (Fb), k ä n n e t e c k n a d därav, att ytterligare kretsar (31-36) är anordnade vid mottagarens (23) ingång i varje mobil enhet (14) för frekvensomsättning från en blockposts (15, 16) signalfrekvens (Fb) till basstatio- nens (10) arbetsfrekvens (Fl), varvid från en blockpost till mottagaren (23) i en mobil enhet (14) utsänd posi- tionsindikeringsinformation förblir opåverkad av frekvens- omvandlingen. N