[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Fernsteuersignalen gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Einrichtung zur Durchführung des
Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 3.
[0002] Verfahren zur Fernsteuerung von mobilen Objekten, bei denen Befehlstelegramme mittels
einer einzigen Trägerfrequenz zwischen den Geberstationen und den mobilen Objekten
übertragen werden, sind vielfach bekannt. Beispielsweise können die einzelnen Geberstationen
zyklisch nacheinander an die adressierten Empfangsstationen senden, wobei die einzelnen
Geberstationen sich selbsttätig auf das Zeitraster des vorgegebenen Multiplex-Übertragungsrahmens
synchronisieren und solche Geberstationen, deren Sendezeiten im Zeitraster noch nicht
erreicht sind, vom Senden ausgeschlossen sind; vgl. DE 23 54 067.
[0003] Es kann aber auch bei asynchroner Arbeitsweise in jeder Geberstation ein Zufallsgenerator
vorgesehen sein, der für die betreffende Geberstation den Zeitablauf der Aussendung
der Befehlstelegramme bestimmt; vgl. DE 25 51 013.
[0004] Selbstverständlich sind auch andere auf einer Trägerfrequenz arbeitende Funkfernsteuer-Systeme
bekannt.
[0005] Zwar haben sich derartige Funkfernsteuersysteme, insbesondere für die Fernsteuerung
von Lokomotiven, in der Praxis überaus bewährt. Jedoch treten in letzter Zeit verstärkt
Reichweitenprobleme auf, da die Sendeleistungen solcher Systeme von den zuständigen
Behörden infolge der Vielzahl der zugelassenen Systeme stark reduziert worden sind,
um auf diese Weise die gleiche Sendefrequenz in räumlich kürzeren Abständen erneut
vergeben zu können.
[0006] Die vorhandenen Sendefrequenzen und die Anzahl der in Betrieb befindlichen Fernsteueranlagen
lassen es daher nicht mehr zu, jeder zu steuernden Lokomotive eine getrennte Übertragungsfrequenz
zuzuordnen; zum Beispiel sollen bei der deutschen Bundesbahn mehr als 400 Lokomotiven
unter Benutzung einer einzigen Trägerfrequenz mit einer zulässigen Sendeleistung von
nur ca. 140 mW ferngesteuert werden. Auf der anderen Seite werden aber die fernzusteuernden
Züge immer länger, was an sich eine Reichweitenvergrößerung der Fernsteueranlagen
erfordert.
[0007] Wie die Erfahrung gezeigt hat, können durch Optimierungen des Aufbaues und der Schaltungsausbildung
der Funkfernsteuerungen sowie der Sende- und Empfangsantennen die Reichweiten zwar
vergrößert werden, jedoch nicht verhindern, daß bei größeren Reichweiten unerwünschte
Funkunterbrechungen im Übertragungssystem auftreten, die aus Erfordernissen der bestehenden
Sicherheitsbestimmungen zur Zwangsabschaltung der fernzusteuernden Lokomotiven führen.
Zu entsprechenden Erfahrungen führte die versuchsweise Verwendung von sogenannten
aktiven/passiven Antennenreflektoren anstelle der üblichen Stabantennen.
[0008] Nach einem nicht zum Stande der Technik gehörenden Vorschlage sollen für die Fernsteuerung
von Lokomotiven im Gelände zusätzliche Verstärkerstationen nach Art von Relaisstationen
aufgebaut werden. Diese Verstärkerstationen sollen die Signale der tragbaren Funkfernsteuersender
- Frequenz F1 - empfangen und diese auf einer anderen Frequenz - Frequenz F2 - zusätzlich
absenden. Hierzu müssen für jeden Empfänger auf den fernzusteuernden Lokomotiven zwei
getrennte Hochfrequenz-Empfänger vorgesehen werden, damit die nachgeschaltete Empfänger-Auswerteschaltung
gleichzeitig die Signale des tragbaren Funkfernsteuersenders - F1 - und die Signale
- F2 - der Verstärkerstation-Station - empfangen können.
[0009] Zwar ist sofort einzusehen, daß sich hierdurch die Anrufwahrscheinlichkeit und damit
die Reichweite insbesondere in unübersichtlichem Industriegelände erhöht. Dieser Vorschlag
ist jedoch insofern nachteilig, als zwei Sendefrequenzen benötigt werden, was in aller
Regel infolge gesetzlicher Bestimmungen nicht durchführbar ist und ein relativ hoher
Material- und Schaltungsaufwand auf der Empfängerseite betrieben werden muß, da zwei
Sendefrequenzen getrennt zu verarbeiten sind.
[0010] Es besteht also ein hoher Bedarf an einer Funkfernsteuerung, die die geschilderten
Nachteile vermeidet.
[0011] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, durch einfache technische Maßnahmen
unter Verwendung einer einzigen Sendefrequenz die Reichweite zwischen den Sendern
und Empfängern solcher Funkfernsteuereinrichtungen zu erhöhen.
[0012] Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß für das Verfahren gemäß den kennzeichnenden Merkmalen
des Patentanspruches 1 und für die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens erfindungsgemäß
durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 3 gelöst.
[0013] Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
[0014] Nach der Erfindung sind also eine oder mehrere sogenannte Empfangs-Sende-(Repeater)-Stationen,
im Nachfolgenden mit MEREP bezeichnet, im Gelände verteilt vorgesehen, innerhalb dessen
die fernzusteuernden Lokomotiven bewegt werden können. Eine Repeater-Station empfängt
die Signale der Funkfernsteuersender und sendet diese auf der gleichen Frequenz zeitverzögert
wieder aus. Die tragbaren Funkfernsteuersender und die Repeater-Station gehören einem
gemeinsamen Zeitmulitplex-System an, so daß sich die Sendungen der Funkfernsteuersender
nicht stören können und die einzelnen Befehlstelegramme zeitlich versetzt nach einem
vorgegebenen Schema ausgesendet werden. Entsprechendes gilt für die Repeater-Station,
die sich in dieses Zeitmultiplex-System selbsttätig einordnet und ihre Sendezeit für
die wiederholte Aussendung eines empfangenen Befehlstelegrammes darauf abstimmt, daß
dieses in einer Zeitlücke innerhalb dieses Zeitmulitplexsystems zur Aussendung gelangt.
[0015] Obzwar der Abstand zwischen zwei Sendungen theoretisch verdoppelt werden müßte, wenn
alle Befehlstelegramm-Übertragungen der tragbaren Geberstationen durch eine zusätzliche
Repeater-Station wiederholt werden sollen, haben Untersuchungen jedoch gezeigt, daß
bei der Fernsteuerung mehrerer Lokomotiven auf einem größeren Gelände, wie zum Beispiel
einem Verschiebebahnhof, unter Benutzung einer einzigen Frequenz lediglich bei einer
bis zwei Lokomotiven-Reichweitenprobleme auftreten. Es reicht also vollkommen aus,
wenn in der Repeater-Station jeweils nur wenige Lokomotiven für die zusätzliche Aussendung
der zugehörigen Befehlstelegramme berücksichtigt werden. Hierdurch wird die Sendewiederholzeit
nur um maximal 10 bis 20 % erhöht, wenn beispielsweise die Anzahl der fernzusteuernden
Lokomotiven die Zahl 10 nicht übersteigt.
[0016] Aus der US-PS 31 60 711 ist es zwar bekannt, bei einem Zeitfrequenz-Multiplex-Übertragungssystem
eine sogenannte Repeater-Sendestation vorzusehen. Diese Repeater-Sendestation hat
aber die Aufgabe, die Synchronisation der auf einer ersten gemeinsamen Frequenz unsynchronisiert
gesendeten Nachrichten zwischen den einzelnen Stationen dadurch sicherzustellen, daß
diese Nachrichten auf einer zweiten gemeinsamen Frequenz erneut ausgesendet werden.
Dies hat mit einer Reichweitenerhöhung in der vorstehend beschriebenen Weise nichts
zu tun, da die Erfindung anstelle zweier Sende- oder Trägerfrequenzen nur eine Sendefrequenz
benutzt und die Wiederholung des gesendeten Befehlstelegrammes auf der gleichen Sendefrequenz
im gleichen Sendezyklus lediglich im Zeitschema des im Zeitmultiplex arbeitenden Senderahmens
zeitlich versetzt durchgeführt wird.
[0017] Die Erfindung ist nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung mehr oder weniger schematisch
dargestellter Ausführungsbeispieles beschrieben.
[0018] Es zeigen:
Figur 1 eine Übersicht über die Funkfernsteuerungseinrichtung gemäß der Erfindung,
Figur 2 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer Repeater-Sendestation
einer Funkfernsteuereinrichtung gemäß Figur 1,
Figur 3 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Repeater-Sendestation
für eine Funkfernsteuer-Einrichtung gemäß Figur 1,
Figur 4 ein Pulsdiagramm für die Funkfernsteuer-Einrichtung gemäß Figur 1 und 2 unter
Verwendung zweier Geberstationen, und
Figur 5 ein Pulsdiagramm entsprechend Figur 4 für die Funkfernsteuerungs einrichtung
gemäß den Figuren 1 und 3.
[0019] In Figur 1 sind übersichtsweise die Komponenten eines Funkfernsteuerungssystems
für das Fernsteuern von Lokomotiven mit einer Empfangs-Sende-(Repeater)-Station MEREP
gezeigt. Von einer Anzahl tragbarer Geberstationen S1 bis Sn können anstehende Steuerbefehle
in Form von Befehlstelegrammen zu Lokomotiv-Empfängern L1 bis Ln gefunkt werden, die
dort empfangen und in Steuersignale zur Steuerung der Lokomotive umgesetzt werden.
Gleichzeitig werden diese Signale von der Repeater-Station MEREP empfangen, die diese
Signale zeitversetzt innerhalb einer Zeitlücke nochmals zu den Lokomotiv-Empfängern
L1 bis Ln sendet. Die mobilen Empfangsstationen sind also hier durch die auf den fernzusteuernden
Lokomotiven angeordneten Funkempfänger verkörpert.
[0020] In Figur 2 ist die mit der Bezugsziffer 3 bezeichnete erfindungsgemäße Empfangs-Sende-Station,
auch mit Repeater-Station MEREP bezeichnet, gezeigt, die einen Empfänger 4 zum Auswerten
der über eine Antenne 7 aufgenommenen und von einer der Geberstationen ausgesendeten
Befehlstelegramme aufweist. Mit dem Empfänger ist eine Verzögerungsschaltung 6 und
eine Auwerteschaltung 9 verbunden, an denen das NF-Ausgangssignal des Hochfrequenz-Empfängers
4 anliegt. Über diese Schaltglieder wird das NF-Ausgangssignal zeitverzögert und
dann über einen HF-Sender 5 wieder ausgesendet, wobei die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung
6 mindestens der Sendezeit für das auszusendende Befehlstelegramm in der betreffenden
Geberstation entspricht.
[0021] Bei dieser Ausführungsform wird also das am Ausgang des HF-Empfängers 4 anstehende
Befehlstelegramm dem Verzögerungsglied 6 und der Auswerteschaltung 9 gleichzeitig
zugeführt und dort ausgewertet. Wird in der Auswerteschaltung 9 festgestellt, daß
das empfangene Befehlstelegramm eine noch zu beschreibende Kennung S aufweist, so
erkennt die Repeater-Station, daß das empfangene Befehlstelegramm wieder ausgesendet
werden soll. Über die Auswerteschaltung 9 erfolgt dann die Freigabe des HF-Senders
5 in der für das erneute Aussenden dieses Befehlstelegrammes vorgesehenen, durch das
Verzögerungsglied 6 bestimmten Zeitlücke im Zeitschema des Zeitmultiplex-Systems.
[0022] Die Zusatzkennung S kann in den Geberstationen z.B. in der Weise erzeugt werden,
daß in dem hier nicht dargestellten Tastenfeld der Befehlstelegramm-Eingabevorrichtung
ein Schalter S-MEREP
vorgesehen ist, der vom Bediener dann zu betätigen ist, wenn dieser Reichweitenprobleme
feststellt.
[0023] Es kann aber auch die Zusatzkennung durch bestimmte Befehlskombinationen erzeugt
werden. In einem solchen Falle entfällt dann der Schalter S-MEREP.
[0024] Auf diese Weise wird erreicht, daß nur die Geberstation mit "Reichweitenproblemen"
über die Repeater-Station MEREP innerhalb des Sendeschemas die Sendezeit zweifach
belegt.
[0025] In Figur 3 ist eine weitere Ausführungsform der Repeater-Station MEREP dargestellt.
Diese umfaßt neben dem HF-Empfänger 4 und -Sender 5 eine Sende-Zeitpunktsteuerung
10, die einen Befehlstelegrammspeicher 8 steuert.
[0026] Bei dieser Ausführungsform wird das am Ausgang des HF-Empfängers 4 anstehende Befehlstelegramm
in dem Speicher 8 abgespeichert und gleichzeitig der Sende-Zeitpunktsteuerung 10 zugeführt.
Dort wird der Sende-Zeitpunkt des MEREP-Senders 5 bestimmt und die Sendung eingeleitet,
indem gleichzeitig die Sendefreigabe an den HF-Sender 5 und der Befehl zum Auslesen
des gespeicherten Befehlstelegrammes an den Speicher 8 gegeben wird.
[0027] Die Sende-Zeitpunktsteuerung wählt den Sende-Zeitpunkt so, daß das Zeitmultiplexsystem,
dem die Sender S1 bis Sn angehören, nicht gestört wird.
[0028] Im folgenden sei das Arbeiten der Einrichtung nach den Figuren 1 und 2 anhand des
Pulsdiagrammes gemäß der Figur 4 erläutert, der ein asynchrones Funkfernsteuerverfahren
gemäß der eingangs genannten DE 23 51 013 zugrundegelegt ist. Entsprechendes gilt
auch für andere Funkfernsteuerverfahren, wie z. B. dem synchronen gemäß der ebenfalls
eingangs erwähnten DE 23 54 067.
[0029] Ein solches Zeitmulitplex-System weist in jeder Geber-Station einen Zufallsgenerator
auf, der für die betreffende Geber-Station den Zeitablauf der Aussendung der Befehlstelegramme
bestimmt. In Figur 4 ist das Impuls-Diagramm über den zeitlichen Verlauf der Rechteckschwingungen
von Pseudo-Zufallsgeneratoren PZRG von zwei Geberstationen sowie die Sendezeitpunkte
der Befehlstelegramme S1 und S2 dargestellt. Die Sendungen t
s erfolgen dort nur, wenn nach einem unmittelbar vorher erfolgten 0-1-Übergang der
Pseudo-Zufallsrechteckfolge PZRG zwei logische EINSEN erscheinen. Für die Zeit t
BLOCKIERUNG ist eine weitere Aussendung gesperrt.
[0030] Es sei nun angenommen, daß die Geber-Station S2 im Befehlstelegramm eine Zusatzkennung
S aufweist, die Station S1 dagegen nicht.
[0031] In der MEREP-Station 3 gemäß Figur 2 wird nun das von der Geber-Station S2 empfangene
Befehlstelegramm ausgewertet. Infolge der vorhandenen Zusatzkennung S, die aus dem
Befehlstelegramm decodiert wurde, wird die Verzögerungsschaltung 6 ausgelöst, die
eine feste Verzögerungszeit verkörpert. Nach Ablauf der Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung
6 wird das Befehlstelegramm dem Sender 5 zur Aussendung zur Verfügung gestellt und
abgesendet, sobald die Auswerteschaltung 9 die Freigabe gegeben hat. Die zusätzlichen
Sendungen sind in Figur 4 mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet und erfolgen unmittelbar
hinter den Sendungen t
sj und t
sj + 1, d.h. die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 6 ist nur etwas größer als die
Sendezeit von S2.
[0032] Nunmehr sei anhand des Pulsdiagrammes gemäß Figur 5 die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen
Funkfernsteuer-Einrichtung mit einer Ausbildung der Empfangs-Sende-Station 3 gemäß
der Figur 3 beschrieben, wozu des gleiche Zeitmultiplex-System-Beispiel wie in Figur
4 zugrundegelegt wird.
[0033] Die beiden Impuls-Sendediagramme der Sender S1 und S2 in Figur 5 entsprechen denen
der Figur 4. Zusätzlich ist ein Impuls-Sendediagramm der Empfangs-Sende-Station MEREP
1 gezeigt, wobei auch hier die Station MEREP 1 im Einflußgebiet der beiden Sender
S1 und S2 des Beispieles nach der Figur 4 arbeiten soll.
[0034] Die Sende-Zeitpunktsteuerung der Empfangs-Sende-Station arbeitet nach dem gleichen
Zeitmultiplex-Grundschema, dem die beiden Sender gehorchen, d. h. die Sende-Zeitpunkt-Steuerung
10 enthält prinzipiell ebenfalls einen Pseudo-Zufallsgenerator PZRGM 2 mit der Funktion,
wie vorher zur Erläuterung der Figur 4 beschrieben. Die zugehörige Impuls-Rechteckkurve
PZRGM 2 ist in Figur 5 dargestellt. Die Befehlstelegramme t
sj und t
sj+1 werden in der Sende-Zeitpunktsteuerung 10 ausgewertet und zur Sendewiederholung über
den Sender 5 der Empfangs-Sende-Station MEREP freigegeben (t
sM und t
sM+1), da im dargestellten Beispiel das Befehlstelegramm die Zusatzkennung S aufweist.
Die Impuls-Sende-Diagramme t
sM und t
sM+1 sind in Figur 5 mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet.
[0035] Die Sendezeitpunkte t
sM und t
sM+1 bestimmt also die Sende-Zeitpunktsteuerung 10 anhand des Pseudo-Zufallsgenerators
gemäß dem Impulsdiagramm PZRGM 2. Nach Empfang von t
sj bzw. t
sj+1 erfolgt eine Wiederaussendung, wenn unmittelbar nach erfolgtem 0-1-Übergang des Impulsdiagrammes
PZRGM 2 zwei logische Einsen vorhanden sind, wie bereits eingangs beschrieben.
[0036] Hier wird also -im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispielder Sendezeitpunkt der
Wiederholung durch die Empfangs-Sende-Station durch das Zeitmultiplex-System der
Sende-Zeitpunktsteuerung und nicht durch eine Verzögerungsschaltung mit fester Zeitverzögerung
wie bei der Ausführung gemäß Figur 2 bestimmt und kann sich daher dem verwendeten
Zeitmultiplex-Schema selbsttätig anpassen.
[0037] Selbstverständlich kann die Sende-Zeitpunktsteuerung 10 auch nach anderen Prinzipien
als nach dem Zeitmultiplex-Grundschema der Sender S1 bis Sn durchgeführt werden,
wie statistische Verfahren, mathematische Verfahren, Überwachung des Funkkanales usw.
Andere Verfahren sind insbesondere dann sinnvoll, wenn das Zeitmultiplex-Grundschema
der Funkfernsteuersender im Einflußbereich der Empfangs-Sende-Station MEREP nicht
bekannt ist.
1. Verfahren zum Übertragen von Fernsteuersignalen in Form von auf der gleichen Sendefrequenz
übermittelten Befehlstelegrammen zwischen im Zeitmultiplex arbeitenden, autonomen
Geberstationen und einer oder mehreren Empfangsstationen, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Geberstationen ausgesandten Befehlstelegramme von mindestens einer
weiteren, gegenüber den sendenden Geberstationen örtlich versetzten Sendestation,
die gleichzeitig mit der oder den Empfangsstationen diese Befehlstelegramme empfängt,
gegenüber der aussendenden Geberstation im Zeitraster zeitlich versetzt nochmals ausgesendet
werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den zu wiederholenden Befehlstelegrammen in der sendenden Geberstation eine
besondere Kennung aufgeprägt wird.
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit HF-Sender aufweisenden
Geberstationen und je einen HF-Empfänger aufweisenden Empfangsstationen, wobei jede
Geberstation eine Befehlseingabe-Vorrichtung und eine Steuerschaltung zur Informationsverarbeitung
und zur Bestimmung der Sendezeit und die Empfangsstationen Steuerschaltungen zwecks
Aufnahme der ihnen aufgrund von Identifikationsmerkmalen zugeordneten Befehlstelegrammen
innerhalb des vorgegebenen Zeitrasters aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß örtlich zwischen Geberstationen (S1 bis Sn) und Empfangsstationen (L1 bis Ln)
mindestens eine die gesendeten Befehlstelegramme aufnehmende und jeweils im Zeitraster
zeitlich versetzt wieder aussendende Empfangs-Sende-Station (MEREP) vorgesehen ist,
die einen HF-Empfänger (4) und -Sender (5) sowie eine verzögernde Auswerteschaltung
(9, 10) aufweist, um die empfangenen Befehlstelegramme der Geberstationen zeitverzögert
versetzt auszusenden.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerteschaltung (9) in der Empfangs-Sende-Station (MEREP) eine Verzögerungsschaltung
(6) zugeordnet ist, die beim Vorhandensein eines zusätzlichen Kennmerkmales (S) im
Befehlstelegramm den HF-Sender (5) zur versetzten Aussendung des empfangenen Befehlstelegrammes
nach einer konstanten zeitlichen Verzögerung freigibt.
5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangs-Sende-Station (MEREP) eine Informationen des Befehlstelegrammes
auswertende Sendezeitpunktsteuerung (10) aufweist, die in Abhängigkeit der Informationsauswertung
den HF-Sender (5) zur systemangepaßten, zeitlich versetzten Aussendung des empfangenen
Befehlstelegrammes freigibt.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangs-Sende-Station (MEREP) einen mit der Sendezeitpunktsteuerung (10)
zusammenwirkenden, das jeweils empfangene Befehlstelegramm aufnehmenden Befehlstelegrammspeicher
(8) aufweist.
7. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Befehlseingabe-Vorrichtung einer jeden Geberstation (S1 bis Sn) eine Sondertaste
(MEREP) zugeordnet ist zwecks Kennzeichnung des auszusendenden Befehlstelegrammes
für dessen zeitverzögerte Übertragung durch die Empfangs-Sende-Station (MEREP).
8. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzkennung (S) durch eine Befehlskombination im Befehlstelegramm verkörpert
ist.