RZECZPOSPOLITAPOLSKA(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 159890 (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: 277729 (22) Data zgłoszenia: 15.02.1989 (51) IntCl5: H 04B 7/26 B61L1 /00 Urządzenie do odbioru sygnałów przesyłanych zgodnie z normą UIC na pojazdy, zwłasz- (54) cza pojazdy szynowe (30) Pierwszeństwo: (73) Uprawniony z patentu: 15.02.1988, AT, A340/88 Kapsch Aktiengesellschaft, Wiedeń, AT (43) Zgłoszenie ogłoszono: (72) Twórcy wynalazku: 04.09.1989 BUP 18/89 Hans P. Fischer, Wiedeń, AT Karl-Heinz Jelinek, Gablitz, AT Erwin Dobart, Wiedeń, AT (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: (74) Pełnomocnik: 29.01.1993 WUP 01/93 PHZ Polservice", Warszawa, PL PL 159890 B1 1. Urządzenie do odbioru sygnałów prze- (57) syłanych zgodnie z norm ą U IC na pojazdy, zwłaszcza pojazdy szynowe, zawierające część wejściową szerokopasmową dla wszystkich odbieranych sygnałów i filtry pasmowe do rozdzielania tych sygnałów oraz stopnie oceny do wyboru każdorazowo najkorzystniejszej częstotliwości nadawania, znamienne tym, że do wyjść filtrów pasmowych (15, 16, 17) są dołączone oddzielne mieszacze (18, 19, 20) połączone dalej z oddzielnymi wzmacniaczami i demodulatorami (26, 27, 28), przy czym jedno wyjście (29, 30, 31) każdego wzmacniacza i demodulatora (26, 27, 28) bezpośrednio i co najmniej jedno inne jego wyjście pośrednio przez stopień (33, 34, 35) oceny jakości i/lub stopień (39, 40, 41) oceny ilości są dołączone do układu macierzowego łączeniowego (32) posiadającego wyjście (45) najbardziej wartościowego sygnału.
Urządzenie do odbioru sygnałów przesyłanych zgodnie z normą UIC na pojazdy, zwłaszcza pojazdy szynowe Zastrzeżenia patentowe 1. Urządzenie do odbioru sygnałów przesyłanych zgodnie z normą UIC na pojazdy, zwłaszcza pojazdy szynowe, zawierające część wejściową szerokopasmową dla wszystkich odbieranych sygnałów i filtry pasmowe do rozdzielania tych sygnałów oraz stopnie oceny do wyboru każdorazowo najkorzystniejszej częstotliwości nadawania, znamienne tym, że do wyjść filtrów pasmowych (15, 16, 17) są dołączone oddzielne mieszacze (18, 19, 20) połączone dalej z oddzielnymi wzmacniaczami i demodulatorami (26, 27, 28), przy czym jedno wyjście (29, 30, 31) każdego wzmacniacza i dem odulatora (26, 27, 28) bezpośrednio i co najmniej jedno inne jego wyjście pośrednio przez stopień (33, 34, 35) oceny jakości i/lub stopień (39, 40, 41) oceny ilości są dołączone do układu macierzowego łączeniowego (32) posiadającego wyjście (45) najbardziej wartościowego sygnału. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że mieszacze (18, 19, 20) są dołączone do wspólnego generatora (21). 3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że stopnie (33, 3 4, 35) oceny jakości są stopniami oceny zakłóceń, posiadającymi wyjścia cyfrowe. 4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że stopnie (39, 40, 41) oceny ilości są stopniami oceny natężenia pola, posiadającymi wyjścia cyfrowe. 5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że układ macierzowy łączeniowy (32) posiada drugie wyjście (46) oceny jakości i/lu b trzecie wyjście (47) oceny ilości. 6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że układ macierzowy łączeniowy (32) jest programowanym, logicznym układem macierzowym dopasowania kryteriów oceny. * * * Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do odbioru sygnałów przesyłanych zgodnie z normą UIC na pojazdy, zwłaszcza pojazdy szynowe, a dokładniej urządzenie do odbioru sygnałów przesyłanych między rozdzielonymi miejscowo stacjami nadawczo-odbiorczymi umieszczonymi stacjonarnie wzdłuż danego odcinka drogi i sterowanymi z centrali a ruchomym urządzeniem nadawczo-odbiorczym na pojeździe szynowym poruszającym się na tym odcinku drogi zgodnie z normą UIC (International Union of Railways - Międzynarodowy Związek Kolei). Przesyłanie sygnału do ruchomego urządzenia nadawczo-odbiorczego następuje w takich systemach z następujących po sobie stacji nadawczo-odbiorczych na naprzemiennych, równoległych częstotliwościach nadawania, przy czym każde ruchome urządzenie nadawczo-odbiorcze powinno być nastawione każdorazowo na sygnał najlepiej odbierany, który najczęściej ma częstotliwość nadawania stacji nadawczo-odbiorczej następnej względem położenia pojazdu. Znane urządzenie do odbioru sygnałów przesyłanych zgodnie z normą UIC na pojazdy, zwłaszcza pojazdy szynowe, zawiera część wejściową szerokopasmową dla wszystkich odbieranych sygnałów i filtry pasmowe do rozdzielania tych sygnałów oraz stopnie oceny do wyboru każdorazowo najkorzystniejszej częstotliwości nadawania. Jako kryterium oceny jakości sygnału są przyjmowane np. stosunek sygnału do zakłóceń i/albo natężenie pola odbiorczego (ocena zakłóceń względnie ocena natężenia pola). Znane ruchome urządzenia nadawczo-odbiorcze posiadają tylko jeden jedyny poddawany przemianie częstotliwościowej kanał nadawczo-odbiorczy i zaczynają proces przeszukiwania (analizę) przy niedostatecznym spełnieniu kryterium oceny, aż do znalezienia częstotliwości nadawania, przy której zostaje osiągnięta zadowalająca jakość sygnału. Ze względu na czas rezygnuje się przy tym z badania, czy ta częstotliwość rzeczywiście jest najkorzystniejsza ze wszystkich chwilowych częstotliwości nadawania dla dostępnego rodzaju odbioru. Na przełączenie na nową częstotliwość sygnału i ocenę jakości sygnału potrzebny jest czas około 30-100 ms. W systemach, w których zalecany jest dłuższy czas obserwacji (np. zgodnie
159 890 3 z normą UIC, punkt E 1.13.2 czas ten jest równy około 1 s/, może on wynosić do 2 s. Takie czasy obserwacji i przełączania w zasadzie nie są do przyjęcia. W systemach z przesyłaniem danych telegraficznie (typowy czas trwania telegramu z danymi wynosi około 100 ms), telegramy mogłyby ulec utracie całkowicie lub przynajmniej częściowo. Te telegramy musiałyby być przesyłane powtórnie, co prowadziłoby do dodatkowego obciążenia systemu (złego wykorzystania kanału). Przy przenoszeniu mowy mogłoby dochodzić do całych sylab, do ponownych zapytań, a więc dłuższych czasów rozmowy. Dla usunięcia tej wady można by skrócić czas obserwacji naprzemiennie lub kumulacyjnie, wybrać bardzo niskie kryterium przełączania i wybrać większe od niezbędnego natężenie pola w obszarze zasilania. Przy skróceniu czasu obserwacji i przełączania nie zawsze są możliwe do spełnienia n o rm y UIC a kryteria oceny sygnału stają się bardzo niepewne. Przy miejscowych zasięgach anormalnie dużych, które są najczęściej uzależnione geograficznie i są bardzo ograniczone, kanał jest niepotrzebnie często zmieniony. W wyniku tego nie jest wówczas zapewniona optymalna osiągalność ruchomego urządzenia nadawczo-odbiorczego. Przy wyborze bardzo niskiego kryterium przełączania, ruchome urządzenie nadaw czo-odbiorcze pozostaje możliwie długo na chwilowo wybranej częstotliwości sygnału, chociaż byłoby wówczas znacznie korzystniejsze zastosowanie dogodniejszej częstotliwości. Natom iast przy większych natężeniach pola występują odpowiednio większe zakłócenia. Pojedyncze częstotliwości sygnału mogą być wówczas powtórzone w bardzo dużych odstępach i przez to źle wykorzystane. W urządzeniu według wynalazku do wyjść filtrów pasmowych są dołączone oddzielne mieszacze połączone dalej z oddzielnymi wzmacniaczami i demodulatorami. Jedno wyjście każdego wzmacniacza i demodulatora bezpośredniego i co najmniej jedno inne jego wyjście pośrednio przez stopień oceny jakości i/lu b stopień oceny ilości są dołączone do układu macierzowego łączeniowego posiadającego wyjście najbardziej wartościowego sygnału. Mieszacze są dołączone do wspólnego generatora. Stopnie oceny jakości są korzystnie stopniami oceny zakłóceń, posiadającymi wyjścia cyfrowe. Stopnie oceny ilości są korzystnie stopniami oceny natężenia pola, posiadającymi wyjścia cyfrowe. Układ macierzowy łączeniowy posiada drugie wyjście oceny jakości i/lub trzecie wyjście oceny ilości. Układ macierzowy łączeniowy jest korzystnie programowanym, logicznym układem macierzowym dopasowania kryteriów oceny. Przy pomocy odbiornika według wynalazku są odbierane, demodulowane i oceniane wszystkie częstotliwości nadawania stacji nadawczo-odbiorczej na danym odcinku drogi od ruchomego urządzenia nadawczo-odbiorczego, dlatego jest wiadomo w każdej chwili, która częstotliwość daje najlepszą jakość sygnału. Może być więc wybrana w każdej chwili za pośrednictwem układu macierzowego łączeniowego optymalna częstotliwość odbioru. Dla przełączania z jednej częstotliwości odbioru na inną nie muszą być zmieniane żadne częstotliwości i obserwacja wszystkich kanałów zachodzi w sposób ciągły, więc typowe czasy przełączania wynoszą mniej niż 1 ms. Zasadniczo byłby możliwy również równoległy odbiór przez trzy niezależne od siebie odbiorniki. To wymagałoby jednak znacznie większych nakładów, ponieważ szczególnie przy równoległych częstotliwościach sygnałów i przy liczbie kanałów równej albo większej od 3, dla uniknięcia problemów intermodulacji pojedyncze generatory odbiorników musiałoby być synchronizowane częstotliwościowo. Odbiornik według wynalazku zapobiega znacznie, zwłaszcza w korzystnym wykonaniu tym nakładom dzięki zastosowaniu wspólnego dla wszystkich kanałów, pierwszego i drugiego generatora heterodynowego. Potrzebny tutaj nakład na różne filtry częstotliwości pośrednich dla wszystkich kanałów jest przy wytwarzaniu seryjnym stosunkowo mały i technicznie znacznie bardziej bezproblemowy niż synchronizacja częstotliwości trzecich generatorów. Korzystna jest częściowa redundacja całego systemu. Układ macierzowy łączeniowy może być zrealizowany przez układy, wynika stąd znacznie mniejszy nakład na oprogramowanie niż w urządzeniach odbiorczych o zwykłej konstrukcji.
4 159 890 Zaletą urządzenia według wynalazku jest umożliwienie, dzięki zastosowaniu stopnia oceny wyboru, chwilowo najkorzystniejszej częstotliwości nadawania, bez zakłócających czasów przełączania, i umożliwienie stale automatycznego optymalnego odbioru sygnałów. Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, który pokazuje część odbiorczą ruchomego urządzenia nadawczo-odbiorczego według wynalazku. Sygnały wejściowe z końcówki 1 anteny pojazdu, służącej do nadawania i odbioru przy pracy jednoczesnej, są doprowadzane do filtru dupleksowego 2, który służy do oddzielania sygnałów wyjściowych ruchomego urządzenia nadawczo-odbiorczego, doprowadzanych przez wyjściowy przewód nadawczy 3 anteny pojazdu, od tych samych sygnałów wejściowych. Sygnały wejściowe są doprowadzane z wejściowego przewodu odbiorczego 4 przez filtr pasmowy 5, np. filtr spiralny, służący do selekcji wstępnej, wzmacniacz wejściowy 6 i następny filtr pasmowy 7, który może być również filtrem spiralnym, do mieszacza 8, który jest zasilany z generatora 9 heterodyny sygnałem o częstotliwości nośnej i służy do przemiany częstotliwościowej sygnałów wejściowych na niższe częstotliwości pośrednie ZFI. Po wzmocnieniu we wzmacniaczu ZF 10 sygnały o częstotliwościach pośrednich zostają doprowadzone do dzielnika 11 sygnałów, który doprowadza te sygnały do trzech równoległych kanałów wyjściowych 12, 13 i 14. Aż do wyjść dzielnika 11 sygnałów jest utworzony szerokopasmowy, łączny, wspólny tor odbiorczy ze stopniami 4 do 11, dla wszystkich częstotliwości nadawania stacji nadawczo-odbiorczych umieszczonych wzdłuż odcinka drogi, względnie dla otrzymanych częstotliwości pośrednich ZFI. Do kanałów wyjściowych 12, 13, 14 dzielnika 11 sygnałów są dołączone oddzielne filtry wąskopasmowe 15, 16 i 17, z których każdy przepuszcza jedną z częstotliwości pośrednich ZFI, które są otrzymywane w wyniku przemiany częstotliwościowej równoległych częstotliwości sygnałów za pomocą generatora 9. Przyjmując zgodnie z rysunkiem prosty przypadek układu tylko z 3 równoodległymi częstotliwościami SF sygnału z odstępem częstotliwości równym 50 khz i oznaczając średnią częstotliwość pośrednią przez Z F 1m, dla filtrów wąskopasmowych 15, 16, 17 otrzymuje się częstotliwości przepustowe Z F 1m-50kHz, Z F 1m i Z F 1m+ 50 khz, przy czym przykładowo przy ZF1 m= 21 400 MHz dla filtrów wąskopasmowych 15, 16, 17 otrzymuje się częstotliwości przepustowe 21 350 MHz, 21 400 MHz i 21 450 MHz. Otrzymane w ten sposób częstotliwości pośrednie Z F 1 są następnie przemieniane w znacznie niższe częstotliwości pośrednie ZF2, np. 405 khz i 455 khz i 505 khz, w trzech oddzielnych mieszaczach 18, 19 i 20 za pośrednictwem nośnej dostarczanej z drugiego wspólnego generatora 21 poprzez dzielnik 22 sygnałów i oddzielne doprowadzenia 23, 24 i 25. Sygnały o tych częstotliwościach pośrednich ZF2 są potem wzmacniane i demodulowane we wzmacniaczach i demodulatorach 26, 27 i 28. Zdemodulowane sygnały, które są przykładowo sygnałami analogowymi o małych częstotliwościach, są doprowadzane przez przewody wyjściowe 29, 30 i 31 bezpośrednio do wejść sygnałowych układu macierzowego łączeniowego 32. Przełączanie wejść sygnałowych układu macierzowego łączeniowego 32 na jego wyjście sygnałowe 45 następuje automatycznie na podstawie oceny jakościowej i ilościowej sygnałów wejściowych. W tym celu do wzmacniaczy i demodulatorów 26, 27, 28 są dołączone stopnie 33, 34 i 35 oceny jakości, np. stopnie oceny zakłóceń, jak również stopnie 39, 40 i 41 oceny ilości, np. stopnie oceny natężenia pola. Stopnie 33, 34, 35 i 39, 40, 41 doprowadzają wyniki oceny w postaci sygnałów cyfrowych przełączania poprzez przewody 36, 37 i 38 względnie 42, 43 i 44 wejść sterowania układu macierzowego łączeniowego 32. Stopnie oceny zakłóceń dostarczające sygnały cyfrowe znane są pod nazwą squelch i znane są również stopnie oceny natężenia pola, które dostarczają cyfrowe sygnały wyjściowe przez przetworniki analogowo-cyfrowe i/lub komparatory. Sygnały cyfrowe obu rodzajów ze stopni 33, 34, 35 względnie 39, 40, 41 oceny wybierają w znany sobie sposób w układzie macierzowym łączeniowym 32 jakościowo najbardziej wartościowe sygnały wejściowe doprowadzane przez przewody wejściowe 29 i 31 układu macierzowego łączeniowego i kierują je do przewodu wyjściowego 45. W ten sposób zostaje zapewniona praktycznie ciągła zdolność odbiorcza w warunkach optymalnych. Opisany przykład wykonania urządzenia według wynalazku może mieć różne odmiany. Na przykład tworzenie częstotliwości pośrednich w oddzielnych kanałach wyjściowych 12, 13 i 14 może być przeprowadzane również przy pomocy trzech oddzielnych generatorów heterodynowych, których częstotliwości są przesunięte względem częstotliwości nadawania SF o równoległy
159 890 5 odstęp i są mieszane z częstotliwościami wyjściowymi filtrów 15, 16, 17 tak, że poddane przemianie częstotliwości są równe względem siebie. W układzie macierzowym łączeniowym 32 kryteria oceny mogą być dopasowane do dowolnie wybranych i każdorazowo innych przypadków zastosowania przez użycie programowych elementów logicznych, tj. przez wykonanie układu macierzowego jako programowanego, logicznego układu macierzowego. Ponadto kryteria oceny, związane z demodulowanym sygnałem doprow a- dzanym każdorazowo do wyjścia 45, mogą być doprowadzone również do dodatkowych wyjść, np. do wyjścia 46 oceny zakłóceń i do wyjścia 47 oceny natężenia pola, w celu zapewnienia dalszej informacji dla użytkownika. W końcu dla kontroli dodatkowo wybranego sygnału na przewodzie 45 również wszystkie inne demodulowane sygnały mogą być dalej doprow adzane do przebiegających równolegle kanałów odbiorczych.
159890 Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł