Beschreibung
System und Verfahren zum funkbasierten Informationsaustausch zwischen wegseitigen Einrichtungen und sich entlang einer Fahrstrecke bewegenden Fahrzeugen, insbesondere eines Bahn¬ systems
Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum funkbasierten Informationsaustausch zwischen wegseitigen Einrich- tungen und sich entlang einer Fahrstrecke bewegenden Fahrzeugen, insbesondere eines Bahnsystems, gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 10.
Es ist bekannt, Informationen zwischen fest angeordneten Ein- richtungen und Fahrzeugen eines Bahnsystems mittels Funkübertragung auszutauschen. Das Funknetz zum Datenaustausch besteht dabei aus einzelnen Funkzellen, welche durch die Funkreichweite der fest angeordneten Einrichtungen definiert sind. Um den Übergang von einer Funkzelle zur unmittelbar be- nachbarten nächsten Funkzelle sicherzustellen, sind die Abstände der festen Einrichtungen so gewählt, dass sich jeweils unmittelbar benachbarte Funkzellen überlappen. Für einen kontinuierlichen Datenaustausch müssen die Fahrzeuge des Bahnsystems jeweils die Funkzellen wechseln, d.h. den Funkbetrieb mit einer Einrichtung auf die unmittelbar nachfolgende Einrichtung umstellen. Dies geschieht im Überlappungsbereich, da in diesem Bereich ein funkbasierter Informationsaustausch mit beiden Einrichtungen möglich ist. In diesem Bereich lässt sich der Funkkontakt mit der unmittelbar nachfolgenden Funk- zelle aufbauen, ohne dass der Funkkontakt mit der aktuellen Funkzelle bereits abgebaut ist.
Nachteilig ist bei diesen bekannten Systemen, dass die Übertragungsqualitäten des Funkbetriebs entlang der Strecke von
Ort zu Ort als auch von Zeit zu Zeit stärkeren Schwankungen unterliegen können, so dass es beim Übergang von einer Funkzelle zu einer anderen zu Funkunterbrechungen kommen kann. Insbesondere können bauliche Besonderheiten oder elektromag- netisch wirksame Anlagen den Feldstärke- oder Fehlerratenverlauf entlang einer Fahrstrecke beeinflussen. Derartige Einflüsse können langfristig stabil sein (z. B. bedingt durch die Säulenkonstruktion innerhalb eines Bahnhofs) oder sich schnell ändern (z. B. Wettereinflüsse oder temporäre Abschat- tung durch eine Zugvorbeifahrt) . Dabei ist die Funkübertra¬ gung entlang einer Bahnstrecke auch dadurch veränderlich, dass Reflexionen insbesondere in Tunneln und verschiedenartige andere statische und dynamische Störeinflüsse vorhanden sein können.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, sicherzustellen, dass der Übergang von einer Funkzelle zur nächsten unterbrechungsfrei und möglichst ohne Einschränkungen erfolgt, insbesondere auch bei geringen Bandbreitenreserven.
Die Lösung der Erfindung ist bezogen auf das System durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezogen auf das Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 9 gegeben; die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen.
Die Lösung sieht bezogen auf das System als auch auf das Verfahren vor, dass der Ort zum Wechsel der Funkzelle anhand von beim Durchfahren dieser Fahrstrecke ermittelten örtlichen Übertragungsqualitäten festgelegt wird, insbesondere durch die vom vorausfahrenden Fahrzeug oder während einer früheren Durchfahrt ermittelten Übertragungsqualitäten.
Zweckmäßigerweise wird die Übertragungsqualität von den er¬ zielten örtlichen Übertragungswerten der Funkübertragung abgeleitet .
Vorteilhafterweise ist der Ort des Wechsels der Funkzelle der Ort, an dem die Übertragungswerte der beiden sich überlappenden Funkzellen gleich sind, weil dann regelmäßig eine ausrei¬ chende Übertragungsqualität vorliegt .
Dabei ist es zusätzlich von Vorteil, wenn der Ort des Wech¬ sels der Ort ist, an dem in Fahrtrichtung gesehen der Übertragungswert der jeweils unmittelbar nachfolgenden Funkzelle zusätzlich zunimmt.
Insbesondere wird man diesen Ort wählen, wenn der Ort des
Wechsels der Funkzelle der Ort ist, an dem in der Vergangenheit in Fahrtrichtung gesehen, der Übertragungswert der alten Funkzelle zusätzlich abnimmt.
Insbesondere wird man einen Ort auswählen, an dem die erwarteten Verläufe der Übertragungswerte beispielsweise eines der obigen Kriterien dauerhaft erfüllen, wobei die Erwartungs¬ werte auf längerfristig gesammelten und mit statistischen Mitteln und/oder erfahrungsbasierten Verfahren bearbeiteten oder ermittelten Übertragungswerten beruhen.
Als Übertragungswert kommen vorzugsweise die örtlich gemes¬ sene Empfangsfeldstärke und/oder die Übertragungsfehlerrate und/oder die effektiv nutzbare Bandbreite und/oder der Sig- nal-Rauschabstand in Frage.
Weiter ist es vorgesehen, den Zeitpunkt und/oder den Ort des Funkzellenwechsels anhand von operativen Daten des Bahnsys¬ tems zusätzlich zu korrigieren.
So ist die Korrektur beispielsweise vorteilhaft, wenn sich am Ort des Wechsels der Funkzelle zum Zeitpunkt des Wechsels ein Fahrzeug im Gegenverkehr befindet und somit die Übertragungs- werte verschlechtert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines ersten Systems zum funkbasierten Informationsaustausch und Figur 2 ein entsprechendes zweites System in einer schematischen Darstellung.
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem System zum funkba¬ sierten Informationsaustausch in einer schematischen Darstellung, bei dem sich Fahrzeuge 1, 2 eines Bahnsystems entlang einer Fahrstrecke (in Pfeilrichtung 3) bewegen. Jedes Fahrzeug 1, 2 besitzt zur Kommunikation mindestens einen zugsei- tigen Kommunikationsrechner 4, der wiederum über mindestens eine Sende- und Empfangseinrichtung 5 verfügt.
Entlang der Fahrstrecke sind weiter mindestens einen Kommunikationsrechner umfassende wegseitige Einrichtungen 6 vorhan- den, die zur Kommunikation mit den zu fahrzeugseitigen Einrichtungen 4a gehörenden Kommunikationsrechnern 4, d.h. über deren Sende- und Empfangseinrichtungen 5, ebenfalls Sende- und Empfangseinrichtungen 7 aufweisen.
Der Informationsaustausch zwischen den wegseitigen Sende- und Empfangseinrichtungen 7 und den fahrzeugseitigen Sende- und Empfangseinrichtungen 5 erfolgt mittels Funk, d.h. dem Senden und Empfangen von Funkwellen. Dabei definiert die Reichweite der wegseitigen Sende- und Empfangseinrichtungen 7 jeweils
eine Funkzelle. Der Abstand der wegseitigen Sende- und Emp¬ fangseinrichtungen 7 ist hierbei so gewählt, dass sich die Funkzellen unmittelbar benachbarter Sende- und Empfangseinrichtungen 7 überlappen. Die Überlappungsbereiche A, B sind in Figur 1 in ihrer Breite zur Verdeutlichung etwas übertrieben dargestellt.
Der Überlappungsbereich A ist der Bereich, in dem das Fahrzeug 1 sowohl mit der bezogen auf die Figur 1 mittleren Sende- und Empfangseinrichtung 7 als auch mit der rechten
Sende- und Empfangseinrichtung 7 kommunizieren kann. Entsprechend kann das Fahrzeug 2 mit der linken Sende- und Empfang¬ seinrichtung 7 als auch mit der mittleren Sende- und Empfangseinrichtungen 7 kommunizieren. Diese Kommunikation ist in Figur 1 mittels der Linien 8, 9, 10, 11 schematisch dargestellt.
Die Überlappungsbereiche A, B dienen dazu, dass die Fahrzeuge 1, 2 sicher von einer Funkzelle zur nächsten unmittelbar nachfolgenden Funkzelle umschalten können, d. h. das Fahrzeug 1 schaltet im Überlappungsbereich A von der rechten Sende- und Empfangseinrichtung 7 auf die mittlere Empfangseinrichtung 7 um. Diese Umschaltung ist in der Figur 1 durch den Pfeil 12 schematisch angezeigt. In der Figur 1 hat das Fahr- zeug 1 die Kommunikationsverbindung 8 bereits getrennt (ge¬ strichelte Linie) und nachdem es vorher auf die Kommunika¬ tionsverbindung 9 (durchgehende Linie) umgeschaltet hatte.
Entsprechendes gilt für das Fahrzeug 2, wobei hier der Pfeil 13 die Umschaltung anzeigt.
Im oberen Teil der Figur 1 sind die Feldstärkeverläufe 14-16 dargestellt. So gehört der Feldstärkeverlauf 14 zur Sende- und Empfangseinheit 7 des rechten Kommunikationsrechners 6
und der Feldstärkeverlauf 15 zu der des mittleren Kommunika¬ tionsrechners 6. Entsprechend gehört der Feldstärkeverlauf 16 zur Sende- und Empfangseinheit 7 des in der Figur 1 linken Kommunikationsrechners 6.
Die Feldstärkeverläufe 14-16 sind in den Kommunikationsrech¬ nern 6, also dezentral, gespeichert und werden von dort an die Fahrzeuge 1, 2 übertragen, wobei jeder Kommunikations¬ rechner 6 zumindest den Feldstärkeverlauf 14-16 seiner Sende- und Empfangseinheit 7 kennt.
Fährt das Fahrzeug 1 in der Figur 1 in Pfeilrichtung 3, so würde der Funkzellenwechsel üblicherweise an der Ortsposition
17 eingeleitet werden, weil die Feldstärke der mittleren Sende- und Empfangseinheit 7 die Feldstärke der rechten
Sende- und Empfangseinheit 7 erstmalig überschreitet. Da dem Fahrzeug 1 aber die Feldstärkeverläufe 14, 15 im Überlap¬ pungsbereich A vom mittleren und rechten Kommunikationsrechner 6 übermittelt wurden, erfolgt der Funkzellenwechsel an der Ortsposition 18, da an diesem Punkt die Feldstärke nach einem Einbruch wieder größer und zusätzlich der Feldstärkeverlauf nachfolgend weiter ansteigend ist . Es ist selbstver¬ ständlich auch möglich, dass hier lediglich die Ortsposition
18 übermittelt wird.
Entsprechend erfolgt die Umschaltung für das Fahrzeug 2 an der Ortsposition 19 und nicht an der Ortsposition 20.
Die Feldstärkeverläufe 14-16 werden jeweils von den Fahrzeu- gen 1,2 ermittelt, die hierzu mit einer Feldstärke-Messeinrichtung ausgerüstet sind. Sie erfassen bei jeder Durchfahrt jeweils den Feldstärkeverlauf 14-16 der Sende- und Empfangs¬ einheiten 7 und leiten diesen an die jeweiligen wegseitigen Einrichtungen 6 weiter.
Figur 2 zeigt ein ähnliches System wie Figur 1 in schemati- scher Darstellung, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente bezeichnen. Allerdings unterscheiden sich die Feldstär- keverläufe 14, 16 in Figur 2 von denen in Figur 1. Weiter sind die wegseitigen Einrichtungen 6 mit einer Zentrale 21 verbunden, bei der beispielsweise das Fahrzeug 2 über die mittlere Einrichtung 6 nachfragen kann, welches die beste Ortsposition zum Funkzellenwechsel ist. Die Zentrale 21 würde hier die Ortsposition 22 übermitteln.
Nachträglich beurteilt das Fahrzeug 2 mittels seiner eigenen Feldstärke-Messeinrichtung, an welcher Ortsposition der Funkzellenwechsel anhand seiner Messungen hätte erfolgen müssen. Diese Information teilt das Fahrzeug 2 der Zentrale 21 mit. Dies erfolgt über die Kommunikationsverbindung 11 und die in Figur 2 linke wegseitige Einrichtung 6. Die Zentrale 21 gleicht diese Information mit den bereits von anderen Fahrzeugen 1, 2 gemeldeten Ergebnissen hinsichtlich der besten Ortsposition 22 auf diesem Fahrstreckenabschnitt ab. So kön¬ nen andere nachfolgende Fahrzeuge eine möglicherweise aktua¬ lisierte Ortsposition 22 für den Funkzellenwechsel verwenden.
Es ist aber auch möglich, dass das entgegenkommende Fahrzeug 3 über die Kommunikationsverbindung 23 diese Ortsposition 22 direkt an das Fahrzeug 1 übermittelt .
Die Übertragungsqualität wird von den erzielten örtlichen Übertragungswerten abgeleitet, hier dem örtlichen Feldstärke- verlauf. Genauso kann aber auch die Übertragungsfehlerrate und/oder die effektiv nutzbare Bandbreite und/oder der Signal-Rauschabstand usw. als Übertragungswert zur Ableitung der Übertragungsqualität dienen.
Auch ist es vorgesehen, eine Korrektur der Übertragungswerte vorzunehmen, wenn dies anhand der operativen Daten des Bahnsystems möglich ist. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn sich am Ort des Wechsels der Funkzelle zum Zeitpunkt des Wechsels ein Fahrzeug 1, 2 im Gegenverkehr befindet. In die¬ sem Falle wird Ort und/oder Zeit des Funkzellenwechsels ent¬ sprechend angepasst.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die Übertragungsqua- litäten über einen längeren Zeitraum zu erfassen, um mit statistischen Mitteln die optimale Ortsposition (oder den Zeitpunkt bei bekannter Geschwindigkeit) für einen Wechsel der Funkzelle zur Verfügung zu haben.