Einrichtung zum Empfang von auf der Basis der UIC-Norm übertragenen Signalen auf Fahrzeugen, insbesondere schienengebundenen Fahrzeugen

Abstract

 Eine Empfangseinrichtung für Signale, die auf der Basis der UIC-Norm von Sendeantennen längs einer Fahr­strecke auf alternierenden äquidistanten Sendefrequenzen übertragen werden, weist einen für alle zu empfangenden Signalfrequenzen breitbandig ausgebildeten Eingangsteil (4-11) auf, an den über Schmalbandfilter (15-17) zahlen­mäßig der Anzahl der zu empfangenden Signalfrequenzen entsprechende Empfangskanäle (12-14) anschließen, in welchen die Signalfrequenzen in Mischstufen (16-20) nach unten transponiert werden und sodann in Verstärker-De­modulatoren (26-28) verstärkt und demoduliert werden. Die demodulierten Ausgangssignale werden einerseits unmittel­bar einer Schaltmatrix (32) zugeführt und anderseits werden davon über Qualitäts- und/oder Quantitätsbe­wertungsstufen (33-35 und/oder 39-41) Steuersignale in digitaler Form abgeleitet und an die Schaltmatrix (32) angelegt, so daß diese im Ausgang (45) das bestwertige Signal liefert.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf die Signalübertragung zwischen örtlich getrennten, längs einer vorgegebenen Fahrstrecke stationär angeordneten, von einer Zentrale gesteuerten Sende-Empfangsstationen und einem mobilen Sende-Empfangsgerät auf einem der betreffenden Fahrstrecke folgenden, meist schienengebundenen Fahrzeug auf der Basis der UIC-Norm (International Union of Railways). Die Signalübertragung zu dem mobilen Sende-Empfangsgerät erfolgt bei solchen Systemen von den aufeinanderfolgenden Sende-Empfangsstationen auf alternierenden äquidistanten Sendefrequenzen, wobei jedes mobile Sende-Empfangsgerät auf das jeweils am besten zu empfangende Signal einge­stellt werden soll, welches meist die Sendefrequenz der dem Fahrzeug nächstgelegenen Sende-Empfangsstation hat.

[0002] Als Bewertungskriterien für die Signalqualität werden z.B. der Rauschabstand und/oder die Empfangsfeldstärke herangezogen (Rauschbewertung bzw. Feldstärkebewertung). Die bisher üblichen mobilen Sende-Empfangsgeräte haben nur einen einzigen transponierbaren Sende-Empfangskanal und beginnen bei Nichtbefriedigung eines Bewertungskriteriums mit einem Suchlauf (Scannerprinzip), bis eine Sende­frequenz gefunden wird, bei welcher eine zufriedenstellen­de Signalqualität erhalten wird. Aus Zeitgründen wird dabei aber darauf verzichtet, zu überprüfen, ob diese Frequenz tatsächlich die günstigste aller am jeweiligen Empfangsort verfügbaren Sendefrequenzen ist.

[0003] Für das Umschalten auf eine neue Signalfrequenz und das Bewerten der Signalqualität werden ca. 30 - 100 ms benötigt. Bei Systemen, bei denen eine längere Beobach­tungszeit vorgeschrieben ist (z.B. gemäß UIC-Empfehlung, Punkt E 1.13.2 ungefähr 1 s), kann diese Zeit bis zu 2 s betragen. Solche Beobachtungs- und Umschaltzeiten sind in der Regel nicht tragbar. Bei Systemen mit Datenübertragung (typische Länge eines Datentelegrammes ca. 100 ms) könnten nämlich Telegramme zur Gänze oder mindestens teilweise verloren gehen. Diese Telegramme müßten wiederholt ge­sendet werden, was zu einer Mehrbelastung des Systems führen würde (schlechte Kanalausnutzung). Bei Sprachüber­tragung könnten ganze Silben verlorengehen, was bei ungeübten Benützern zu Rückfragen und damit zu längeren Gesprächszeiten führen würde.

[0004] Zur Behebung der beschriebenen Mängel könnte alterna­tiv oder kumulativ die Beobachtungszeit verkürzt, das Kriterium für die Umschaltung sehr niedrig gewählt und die Feldstärke im Versorgungsgebiet größer als unbedingt nötig gewählt werden.

[0005] Bei Verkürzung der Beobachtungs- und Umschaltzeit sind die UIC-Normen nicht immer erfüllbar und die Kriterien für die Signalbewertung werden sehr unsicher. Bei lokalen Überreichweiten, die meist geographisch bedingt und sehr begrenzt sind, wird dann der Kanal unnötig oft gewechselt. Dadurch ist eine optimale Erreich­barkeit des mobilen Sende-Empfangsgerätes nicht mehr sichergestellt.

[0006] Wird anderseits das Kriterium für die Umschaltung sehr niedrig gewählt, so bleibt das mobile Sende-Empfangs­gerät so lange wie möglich bei der jeweils gewählten Signalfrequenz, obwohl schon eine wesentlich günstigere Frequenz verfügbar wäre.

[0007] Höhere Feldstärken haben schließlich naturgemäß höhere Störreichweiten zur Folge. Die einzelnen Signal-­frequenzen können dann erst in sehr großen Abständen wiederholt werden und werden daher schlecht ausgenutzt.

[0008] Die Erfindung betrifft nun eine Einrichtung zum Empfang von auf der Basis der UIC-Norm über örtlich getrennt angeordnete Sendeantennen auf alternierenden äquidistanten Sendefrequenzen übertragenen Signalen auf Fahrzeugen, insbesondere schienengebundenen Fahrzeugen, die unter Verwendung von Bewertungsstufen für die Auswahl der jeweils günstigsten Sendefrequenz, aber unter Vermei­dung der vorstehend dargelegten Mängel, insbesondere ohne störende Umschaltzeiten, selbsttätig stets einen optimalen Signalempfang ermöglicht.

[0009] Dieses Erfindungsziel wird dadurch erreicht, daß der Eingangsteil des Empfängers breitbandig für alle zu empfangenden Signalfrequenzen ausgebildet ist, daß Band­filter zur Aufteilung der vorher gemeinsam nach unten transponierten Signalfrequenzen auf getrennte Kanäle und anschließend an diese Bandfilter getrennte Mischstufen zur Transponierung der Signalfrequenzen in den getrennten Kanälen nach unten sowie getrennte Verstärker- und Demodulatorstufen für diese transponierten Signal­frequenzen vorgesehen sind, und daß je ein Ausgang der Verstärker- und Demodulatorstufen unmittelbar und zu­mindest ein weiterer Ausgang derselben mittelbar über eine Qualitäts- und/oder Quantitäts-Bewertungsstufe an eine Schaltmatrix zur Auswahl des jeweils bestbewerteten Signals für die weitere Verarbeitung angeschlossen sind.

[0010] Da mit einem erfindungsgemäßen Empfänger alle Sende-­frequenzen der Sende-Empfangsstation an der Fahrstrecke vom mobilen Sende-Empfangsgerät empfangen, demoduliert und bewertet werden, ist zu jedem Zeitpunkt bekannt, welche Frequenz die beste Signalqualität bietet. Demnach kann zu jedem Zeitpunkt die optimale Empfangsfrequenz mittels einer Schaltmatrix gewählt werden. Da für das Umschalten von einer Empfangsfrequenz auf eine andere keine Frequenzen geändert werden müssen und die Beobachtung aller Kanäle kontinuierlich stattfindet, liegen die typischen Umschaltzeiten unter 1 ms.

[0011] Prinzipiell wäre ein Parallelempfang auch mit drei voneinander unabhängigen Empfängern möglich. Dies würde aber einen erheblich größeren Aufwand erfordern, da insbesondere bei äquidistanten Signalfrequenzen und einer Kanalzahl gleich oder größer als 3 zur Vermeidung von Intermodulationsproblemen die einzelnen Empfänger­oszillatoren frequenzmäßig synchronisiert werden müßten. Der erfindungsgemäße Empfänger vermeidet insbesondere in bevorzugter Ausführung diesen Aufwand erheblich durch einen für alle Kanäle gemeinsamen ersten und zweiten Überlagerungs-Oszillator. Der hierzu erforderliche Aufwand von verschiedenen Zwischenfrequenzfiltern für alle Kanäle ist bei Serienfertigung vergleichsweise gering und tech­nisch wesentlich unproblematischer als die Frequenz­synchronisation dreier Oszillatoren. Ein weiterer Vorteil ist eine teilweise Redundanz des Gesamtsystems.

[0012] Da die Schaltmatrix hardwaremäßig realisiert werden kann, ergibt sich ein wesentlich geringerer Softwareauf­wand als bei den Empfangsgeräten herkömmlicher Bauart.

[0013] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der den Empfangsteil eines erfindungsgemäßen mobilen Sende-Empfangsgerätes darstellenden Zeichnung genauer erläutert.

[0014] Die vom Anschluß 1 einer im Simultanbetrieb zum Senden und Empfangen dienenden Fahrzeugantenne kommenden Eingangssignale werden einem Duplexfilter 2 zugeführt, das zur Trennung der über die Senderausgangsleitung 3 der Fahrzeugantenne zugeführten Ausgangssignale des mobilen Sende-Empfangsgerätes von den Eingangssignalen desselben dient. Die Eingangssignale werden von der Empfängerein­gangsleitung 4 über ein der Vorselektion dienendes Bandfilter 5, z.B. ein Helixfilter, einen Eingangsver­stärker 6 und ein weiteres Bandfilter 7, das ebenfalls ein Helixfilter sein kann, einem Mischer 8 zugeführt, der von einem Überlagerungsoszillator 9 mit einer Trägerfrequenz versorgt wird und zum Transponieren der Eingangssignale auf niedrigere Zwischenfrequenzen ZF1 dient. Nach Ver­stärkung in einem ZF-Verstärker 10 werden die zwischen­frequenten Eingangssignale einem Signalteiler 11 zuge­führt, welcher diese Signale drei parallelen Empfangs­kanälen 12, 13 und 14 zuführt. Bis zu den Ausgängen dieses Signalteilers ist der gesamte gemeinsame Empfangsweg mit den Stufen 4 bis 11 breitbandig ausgebildet, d.h. für alle Sendefrequenzen der längs der Fahrstrecke angeordneten Sende-Empfangsstationen bzw. für die daraus abgeleiteten Zwischenfrequenzen ZF1 durchlässig.

[0015] An die Ausgangskanäle 12 bis 14 des Signalteilers 11 sind getrennte Schmalbandfilter 15, 16 und 17 ange­schlossen, die für je eine der Zwischenfrequenzen ZF1 durchlässig sind, welche durch Transponierung der äquidistanten Signalfrequenzen mittels des Oszillators 9 gewonnen werden. Nimmt man gemäß Zeichnung den einfachen Fall eines Systems mit nur 3 äquidistanten Signal­frequenzen SF mit einem Frequenzabstand von 50 kHz an und bezeichnet man die mittlere Zwischenfrequenz mit ZF1_m, so ergeben sich für die Kanalfilter 15 bis 17 der Reihe nach die Durchlaßfrequenzen ZF1_m50 kHz, ZF1_m und ZF1_m+50 kHz, woraus sich beispielsweise für ZF1_m = 21.400 MHz für die Kanalfilter 15 bis 17 die Durchlaßfrequenzen 21.350, 21.400 und 21.450 MHz ergeben.

[0016] Die so erhaltenen Zwischenfrequenzen ZF1 werden in drei getrennten Mischern 16, 19 und 20 mittels eines von einem zweiten gemeinsamen Oszillators 21 über einen Signalteiler 22 und getrennte Zuleitungen 23, 24 und 25 gelieferten Trägers auf wesentlich tiefere Zwischen­frequenzen ZF2 transponiert, z.B. auf 405, 455 und 505 kHz.

[0017] Die Signale mit diesen Zwischenfrequenzen ZF2 werden anschließend in ZF-Verstärkern und Demodulatoren 26, 27, 28 verstärkt und demoduliert. Die demodulierten Signale, die beispielsweise niederfrequente Analogsignale sind, werden über Ausgangsleitungen 29, 30 und 31 unmittelbar an die Signaleingänge einer Schaltmatrix 32 angelegt.

[0018] Die Durchschaltung der Signaleingänge der Schalt­matrix 32 auf deren Signalausgang 45 erfolgt automatisch auf Grund einer Qualitäts- und Quantitätsbewertung der Eingangssignale. Zu diesem Zweck sind an die Verstärker und Demodulatoren 26 bis 28 Qualitätsbewertungsstufen 33, 34 und 35, z.B. Rauschbewertungsstufen, sowie Quantitäts­bewertungsstufen 39, 40 und 41, z.B. Feld­stärkenbewertungsstufen, angeschlossen. Die Bewertungs­stufen 33 bis 35 und 39 bis 41 führen die Bewertungsergeb­nisse in Form digitaler Schaltsignale über Leitungen 36, 37 und 38 bzw. 42, 43 und 44 den Steuereingängen der Schaltmatrix 32 zu. Digitalsignale liefernde Rauschbe­wertungsstufen sind unter der Bezeichnung Squelch bekannt, und ebenso bekannt sind Feldstärkenbewertungsstufen, die über Analog-Digitalwandler und/oder Komparatoren digitale Ausgangssignale liefern.

[0019] Die Digitalsignale der beiden Arten von Bewertungs­stufen 33 bis 35 bzw. 39 bis 41 wählen in an sich bekann­ter Weise in der Schaltmatrix 32 das qualitativ hoch­wertigste der über die Eingangsleitungen 29 und 31 der Schaltmatrix zugeführten Eingangssignale aus und geben es an die Ausgangsleitung 45 ab. Auf diese Weise wird eine praktisch ununterbrochene Empfangsbereitschaft unter opti­malen Empfangsbedingungen gesichert.

[0020] Das beschriebene Ausführungsbeispiel läßt im Rahmen der Erfindung verschiedene Abwandlungen zu. So kann beispielsweise die Zwischenfrequenzbildung in den getrenn­ten Empfangskanälen 12, 13 und 14 auch mit Hilfe von drei getrennten Überlagerungsoszillatoren vorgenommen werden, deren Frequenzen um den Frequenzabstand der äquidistanten Sendefrequenzen SF gegeneinander versetzt sind und die so mit den Ausgangsfrequenzen der Kanalfilter 15 bis 17 gemischt werden, daß die transponierten Frequenzen unter­einander gleich sind.

[0021] Ferner können in der Schaltmatrix 32 die Bewertungs­kriterien durch Verwendung von programmierbaren Logikbau­teilen, d.h. durch Ausbildung dieser Matrix als pro­grammierbare Logikmatrix, frei gewählt und den jeweiligen Anwendungsfällen angepaßt werden. Überdies können die zu dem jeweils zur Leitung 45 durchgeschalteten demodulierten Signal gehörigen Bewertungskriterien zu zusätzlichen Leitungen, z.B. zur Leitung 46 für das Rauschkriterium und zu den Leitungen 47 für das Feldstärkekriterium, zwecks weiterer Information des Verbrauchers ebenfalls durchge­schaltet werden. Schließlich können zur Überwachung zusätzlich zum ausgewählten Signal an der Leitung 45 auch alle übrigen demodulierten Signale auf durchgehenden parallelen Empfangskanälen weitergeleitet werden.

Ansprüche

1. Einrichtung zum Empfang von auf der Basis der UIC-Norm über örtlich getrennt angeordnete Sendeantennen auf alternierenden äquidistanten Sendefrequenzen über­tragenen Signalen auf Fahrzeugen, insbesondere schienen­gebundenen Fahrzeugen, unter Verwendung von Bewertungs­stufen für die Auswahl der jeweils günstigsten Sende­frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsteil (4-11) des Empfängers breitbandig für alle zu empfangenden Signalfrequenzen ausgebildet ist, daß Bandfilter (15-17) zur Aufteilung der vorher gemeinsam nach unten transpo­nierten Signalfrequenzen auf getrennte Kanäle (12-14) und anschließend an diese Bandfilter getrennte Mischstufen (16-20) zur Transponierung der Signalfrequenzen in den getrennten Kanälen nach unten sowie getrennte Verstärker- und Demodulatorstufen (26-28) für diese transponierten Signalfrequenzen vorgesehen sind, und daß je ein Ausgang (29-31) der Verstärker- und Demodulatorstufen unmittelbar und zumindest ein weiterer Ausgang derselben mittelbar über eine Qualitäts- und/oder Quantitäts-Bewertungsstufe (33-35 und/oder 39-41) an eine Schaltmatrix (32) zur Auswahl des jeweils bestbewerteten Signals für die weitere Verarbeitung angeschlossen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß für die getrennten Mischstufen (18-20) ein gemeinsamer Oszillator (21) vorgesehen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Qualitätsbewertungsstufen (33-35) Rauschbewertungsstufen mit digitalen Ausgangssignalen sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Quantitätsbewertungsstufen (39-41) Feldstärkenbewertungsstufen mit digitalen Aus­gangssignalen sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmatrix (32) außer dem Ausgang (45) für das bestbewertete Signal auch noch Ausgänge (46 und/oder 47) für die Qualitäts- und/oder Quantitätsbewertungssignale aufweist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmatrix (32) eine zwecks Anpassung der Bewertungskriterien auf verschiedene Anwendungsfälle programmierbare Logikmatrix ist.

Zeichnung