专利名称：借助向车辆提供驱动电流的牵引电流导线传输数据的方法
由德国专利文件730713已知一种用于借助牵引电流导线传输数据的方法，其中的牵引电流导线同时输送铁路机车车辆的驱动电流。在这种方法中，数据传输既可在铁路机车车辆之间也可在调度站与铁路机车车辆之间进行。在这种方法中，数据作为数据信号在预定的频道上借助发射器供入牵引电流导线。然后此数据信号经牵引电流导线传输给接收器并被其接收。接着为了获得对应于发射器数据的接收数据，对所接收的数据信号进行分析。在该方法中，铁路机车车辆一方通过驱动电流受电弓将数据信号供入牵引电流导线中或借助牵引电流导线来接收数据信号。在这种情况下，在牵引电流导线与驱动电流受电弓之间产生的电弧会严重干扰数据传输，在有些情况下甚至可能导致数据传输的中断，这是因为数据信号被电弧的干扰信号覆盖之故。
由德国专利文件538650还已知一种方法，其中，数据通过牵引电流导线传输。在该方法中，含有控制指令的数据信号在第一辆机车内产生。为了将该数据传输给第二辆机车，将所产生的数据信号供入牵引电流导线中。在该专利文献中，数据信息、亦即各控制指令按频率来编码，也就是说每个具有预定频率的数据信号属于一个控制指令。在该方法中，利用第一辆机车内的操纵杆来调节频率。这些数据信号经由牵引电流导线到达第二辆机车内的接收器，它们在那里被接收并得到分析。
本发明的目的是提供一种借助向一辆机车或多辆机车提供驱动电流的牵引电流导线来传输数据的方法，它能可靠避免由于在驱动电流受电弓与牵引电流导线之间产生的电弧导致数据传输的中断。
本发明的目的通过这样一种借助牵引电流导线传输数据的方法来实现，其中的牵引电流导线同时将驱动电流传输给车辆，在该方法中-在发射端将至少两个具有不同频道又含有相同数据的数据信号供入牵引电流导线中，
-其中，由这些频道确定的频带宽于预期在牵引电流导线与机车驱动电流受电弓之间产生的电弧所产生的干扰信号的频带宽，-数据信号经牵引电流导线向一个接收器传输并被它接收，以及-在接收器接收到这些数据信号后，为了从中获得与发射器的数据对应的接收数据，对这些数据信号进行分析，当出现作为接收信号的干扰信号时，从所接收的数据信号中，选出那些频道处于通过频带宽确定的干扰信号频谱之外的数据信号的数据。
当牵引电流导线向多辆机车输送牵引电流时，本发明的方法也可以按相同的方式实施；此时只需保证含有数据信号频道的频带宽于预期的由电弧引起的干扰信号的频带宽。
本发明方法的出色之处在于，借助此方法可以特别可靠地传输数据，因为在牵引电流导线与驱动电流受电弓之间产生的电弧不会招致数据传输中断。这又是因为在按本发明的方法中同时通过在不同频道上、亦即用不同的载频传输至少两个含有相同数据的数据信号之故，其中，含有这些频道的频带比预期的电弧干扰信号的频带宽，从而始终保证至少一个通过牵引电流导线传输的数据信号处于干扰信号频带宽之外。通过在接收器接收这至少两个数据信号后，接着仅仅分析频道处于通过频带宽(干扰频带宽)确定的干扰信号频谱之外的那个或那些数据信号，则始终能保证数据的传输不受电弧干扰信号的影响。
为了通过处于干扰频带宽之外的数据信号实现预定的二进制位误差或然率(Bitfehlerwahrscheinlichkeit)，干扰频带宽可例如根据数据信号的幅度来确定，确切地说按这样的方式来确定，即，在此干扰频带宽之外的数据信号与干扰信号的幅度比不小于由期望的二进制位误差或然率给定的信噪比(Signal-RauschaBstand)。例如在Dostert，K；Bartel，W.“在供电导线上的新型数据传输”，(elektro-anzeiger 42，Jg.Nr.12(1989))中可找到这些信噪比值的有关资料。
可以特别简单并因而有利地按下述方法检验数据信号中哪些具有处于干扰信号频谱之外的频道，即，在发射端除了发出数据信号之外，还向牵引电流导线内输入校验二进制数位(Kontrollsbit)，借助它们在接收器内确定，随各数据信号传输的数据是否已准确无误地得到了传输。将那些准确无误地传输的数据信号作为处于干扰信号频谱之外的数据信号来看待。
按本发明方法的另一项改进设计，在牵引电流导线内输入优选为奇数、但至少三个在其逻辑数据内容方面一致的具有不同频道的数据信号，由接收方对所接收的数据信号的数据进行相互比较，从中选出大多数已传输了相同数据的那些数据信号的数据作为接收数据。为此当然需要含有这些不同频道的频带至少有由电弧造成的干扰信号的频带宽度两倍那么宽。
检验在一个频道上传输的数据信号无误性的另一个有利的方案在于，只有当它们的载频在规定的时间不离开规定的幅带，才能承认这些数据信号得到了准确无误的传输。例如还可以提高要求，即，只有它们的幅度在为了传输一个数据信号所需的时间内不低于发射幅度的50％以及不超过发射幅度的150％时，才承认这些数据信号得到准确无误地传输。
若借助OFDM或频谱扩展法将数据信号经编码后输入牵引电流导线内，则数据可以特别安全并因而有利地传输，因为这种经编码的信号对干扰特别不敏感。
按本发明的方法可以按这样的方式实施，即数据从一辆机车传输给调度站和/或传输给另一辆或多辆其他的机车；在这里数据传输也可以按双向进行。此外，借助按本发明的方法，数据也可以用位置固定的发射器通过受电弧作用的牵引电流导线向位置固定的接收站传输。用按本发明的方法还可以从控制中心按有利的方式向一辆或多辆机车例如铁路机车车辆传输控制信号作为数据或数据信号，所以按本发明的方法可用作车辆控制法，尤其在铁路机车车辆的情况下可用作列车自动控制法或行车控制法。
附图用于说明本发明，其中
图1示出实施本发明方法的装置的一个实施例；图2示出适用于图1所示实施例数据传输的数据信号频谱。
图1表示铁路机车车辆5，它通过驱动电流受电弓10与作为牵引电流导线的接触导线15连接。在驱动电流馈电点20在接触导线15上施加驱动电压Ua，通过它使驱动电流Ia流过接触导线15、驱动电流受电弓10以及铁路机车车辆5的驱动电机21。驱动电流Ia的回流由铁路机车车辆5行驶在其上的钢轨22保证。驱动电流馈电点20和驱动电流受电弓10或其位置确定了一个线路区段25。
在数据信号输入点30，借助一例如可设在调度站或控制中心内的发射器，将形式上为数据信号电流Is的数据信号D1至D11供入接触导线15中。数据信号D1至D11分别含有相同的数据Q并经由驱动电流受电弓10到达铁路机车车辆5。数据信号D1至D11或数据信号电流Is的回流由钢轨22保证。数据信号D1至D11或数据信号电流Is经驱动电流受电弓10到达选择器55，并接着从选择器到钢轨22；这是基于驱动电机21本身或通过适当地设计配属于驱动电机21的工作电流滤波电路，对于数据信号电流Is而言是高电阻，以致数据信号电流Is通过驱动电机21的流出小到可以忽略不计。在选择器55出口端下游设有一个分析计算装置60，它与选择器55共同构成铁路机车车辆5的接收器65，用于接收数据信号电流Is或数据信号D1至D11。
下面借助一个例子来说明选择器55的工作方式；在这个例子中，所接收的数据信号D1、D4和D6至D11的数据是相同的，而所接收的数据信号D2、D3和D5的数据与所接收的数据信号D1、D4和D6至D11的数据则不同；这是因为所接收的数据信号D2、D3和D5的数据受到了在驱动电流受电弓10与接触导线15之间的电弧或受由此电弧造成的干扰信号S(f)的干扰，并因此不能作为接收数据来处理。
在选择器55中，对所接收的数据信号D1至D11的数据互相比较，并选出所接收的数据信号D1、D4和D6至D11的数据Q作为接收器65的接收数据并发送给分析计算装置60。由于数据信号D1、D4和D6至D11含有相同的数据，因而它们的传输一定没有受到干扰，因此其频道总是位于干扰信号的干扰频谱之外。
这种实际情况可结合图2再次准确地说明。图2在频率范围内表示数据信号D1至D11以及干扰信号S(f)的幅谱A(f)，干扰信号由铁路机车车辆5的驱动电流受电弓10与接触导线15之间的电弧引起。此外在图2中表示了数据信号D1至D11的载频f(D1)至f(D11)。下面作为范例其出发点是，为了传输数据应达到一个信噪幅值比6dB，在图2中此6dB极限通过幅度极限值Asmax表示，它说明干扰信号S(f)在数据信号D1至D11的幅度A时，对于6dB的信噪比最大允许的干扰幅度。当信噪比为6dB时，实现二进制位误差或然率小于10-6。在图2中可以看出，干扰信号S(f)的干扰谱包含两个频率段Bs1和Bs2，其中，那些频率落在其中的数据信号没有达到所要求的信噪比。具体来说，就是在图2中可看到，具有频道、亦即载频f(D2)、f(D3)和f(D5)的数据信号D2、D3和D5的幅度没有达到预定的6dB信噪比并因而受到干扰。与之相反，其他数据信号D1、D4和D6至D11具有的频道或载频f(D1)、f(D4)和f(D6)至f(D11)处于两个频段Bs1和Bs2之外，它们的幅值能够实现高于所要求的信噪比，所以这些数据信号D1、D4和D6至D11不受干扰信号S(f)的影响。
结合图1和2所说明的用于传输数据Q的实施例利用了下列认识，即，当含有数据信号的频道的频带B至少是由电弧造成的干扰信号S(f)频带宽Bs的两倍那么宽时，即使产生电弧，仍始终能通过牵引电流导线、例如接触导线、牵引电流轨等实现可靠的数据传输，因为此时数据信号中的多数处于电弧的干扰谱之外。因此，就此实施例而言，对于频带B并因而对于数据信号D1至D11的载频f(D1)至f(D11)必须满足B＝f(D11)-f(D1)＞2*Bs其中，Bs表示干扰信号S(f)的频带宽；在按图2的实施例中Bs可按不同的方式确定首先Bs可通过两个频段Bs1和Bs2的频带宽求和确定，所以对Bs获得Bs＝Bs1＋Bs2。
另一种确定频带宽Bs的方法是，如图2中通过附图标记Bs所表示的那样，Bs通过由频段Bs2的最大频率与频段Bs1的最小频率形成的频率差获得。显然，在后面提到的那种确定方法中，Bs值比前面一种方法获得的Bs略大，因为前面一种方法确定的Bs值没有计入在两个频段Bs1和Bs2之间的频率范围。然而这对于所述用于传输数据Q的方法的可行性没有任何影响，因为这两种方式确定的Bs均保证可靠的数据传输。在实际工作中第二种用于确定Bs数值的方法可以更加快速和更加简单，因为不必详细知道频谱。
因为电弧通常是频带很宽的干扰信号，所以在实际工作中已证实恰当的是，将含有各频道频率的频带放置在从约10KHz至约20MHz的频率范围内，因为电弧的频带范围Bs最大值约为Bs＝5MHz。各频道彼此之间的距离由频带除以所利用的频道的数量得出。在实际工作中数据信号或频道数为约128至1024也就足够了。在选择频带和频道距离时，驱动电流受电弓10的状况以及环境的影响(例如雨)要一起考虑，因为这些可能影响电弧的频谱。
例如可将二进制的编码信号、优选是借助FSK(Frequency Shift Keying)移频键控法、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)正交频分多路复用方法或频谱扩展方法编码得出的信号，作为数据信号D1至D11来传输。此外，还可以按有利的方式将控制信号作为数据或数据信号输入接触导线15中；也就是说将控制信号通过发射器(如已说明的那样它可以例如设在调度站或控制中心)传输给铁路机车车辆5，所以该方法可作为列车自动控制方法利用于将控制信息传输给铁路机车车辆5。
此方法除了在铁路机车车辆中使用外，还可以有利地在无轨电车、座舱索道或架空索道中使用。
按图1的实施例表示，数据信号电流Is通过驱动电流受电弓10输入铁路机车车辆5中；取代这种做法也可以如在德国公开文件1405691中所述那样将数据信号电流Is感应地输入铁路机车车辆5中。这同样适用于将数据信号电流Is在控制信号输入点30处输入牵引电流导线15中；因为原则上这也可以感应地实施输入。
权利要求
1.一种借助牵引电流导线(15)传输数据(Q)的方法，通过此导线同时向车辆(5)输送驱动电流(Ia)，在此方法中-在发射端将至少两个具有不同频道(f(D1)至f(D11))含有相同数据(Q)的数据信号(D1至D11)供入牵引电流导线(15)中，-其中，由这些频道确定的频带(B)宽于预期在牵引电流导线(15)与机车(5)驱动电流受电弓(10)之间产生的电弧所产生的干扰信号(S(f))的频带宽(Bs)，-数据信号(D1至D11)经牵引电流导线(15)向一个接收器(65)传输并被它接收，以及-在接收器(65)接收到这些数据信号(D1至D11)后，为了从中获得与发射器的数据(Q)对应的接收数据，对这些数据信号进行分析，当出现作为接收信号的干扰信号(S(f))时，从所接收的数据信号中，选出那些频道处于通过频带宽(Bs)确定的干扰信号(S(f))频谱之外的数据信号(D1、D4、D6至D11)的数据。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于由发射端附加发送一些校验二进制数位，借助它们在接收器内确定，随各数据信号传输的数据是否已准确无误地得到了传输；以及，将那些准确无误地传输的数据信号作为处于干扰信号频谱之外的数据信号来看待。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于在牵引电流导线(15)中输入至少n个、但至少3个具有不同频道(f(D1)至f(D11))的数据信号(D1至D11)，其中，含有频道(f(D1)至f(D11))的频带(8)至少有干扰信号频带宽(Bs)两倍那么宽；由接收方对所接收的数据信号(D1至D11)的数据进行相互比较；从中选出大多数已传输了相同数据(Q)的那些数据信号的数据作为接收数据。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于选出所接收的这样一些数据信号的数据作为接收数据，即，这些数据信号的幅值在为传输一个数据信号所需的时间内不离开规定的幅带。
5.按照上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于将OFDM-正交频分多路复用信号或频谱扩展信号作为数据信号(D1至D11)馈入牵引电流导线(15)中。
6.按照上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于数据(Q)借助机车(5)的一个发射器被传送给一个位置固定的接收器。
7.按照权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于数据(Q)借助一个位置固定的发射器被发送给机车(5)。
8.按照权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于数据(Q)借助一个位置固定的发射器被发送给一个位置固定的接收器。
9.按照权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于数据(Q)从此机车(5)向另一列机车发送或反之。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种借助向车辆提供驱动电流的牵引电流导线传输数据的方法,此方法可靠避免由于在车辆一侧的驱动电流受电弓与牵引电流导线之间产生的电弧导致数据传输的中断。本发明的目的通过一种借助牵引电流导线(15)传输数据(Q)的方法达到,其中,在发射端将至少两个具有不同频道总是含有相同数据(Q)的数据信号输入牵引电流导线(15)中。在产生电弧的情况下,由接收方从所接收的数据信号中,选出这样一个或这样一些数据信号的接收数据来分析,即,它或它们的幅值与干扰信号S(f)幅值的比例不小于一个为达到规定的二进制位误差或然率所需的信噪比。
文档编号H04B3/54GK1341063SQ00803995
公开日2002年3月20日 申请日期2000年2月22日 优先权日1999年2月22日
发明者格尔德·格里彭特罗格, 莱因哈德·梅尔, 埃吉德·施耐德, 彼得·普里博 申请人:西门子公司