CN1630596A - 铁路通信*** - Google Patents

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Abstract

提供了一种改进的铁路通信***，可配置来满足新近提出的FRA规定，并且可以进一步配置来处理通信冲突问题。该铁路通信***包括第一无线电通信***(例如100)，运行在大约450MHz波段的第一波段内，以与机车通信。该***还包括第二无线电通信***(例如200)，运行在第二波段内，以与机车通信，选择所述第二波段以与第一波段不同，从而避免与第一无线电通信***的干扰。在机车上的处理器使机车能够选择性地响应于所指定的控制信号，从而机车的运行只响应于适当的控制信号。

Description

铁路通信***
本申请要求2002年2月11日提交的美国临时专利申请60/356030，以及2002年5月28日提交的美国临时专利申请60/383863。
技术领域
本发明涉及一种铁路通信***。
背景技术
对机车的铁路远程控制***(此后称为远程控制或RC***或简称为RC)在铁路工业中是公知的。通过使用无线电发送器与接收器***来控制远程控制的机车，所述无线电发送器与接收器***由未在物理上位于机车车厢所限定之内的控制之旁的管理员操作。一种这样的***可以从Canac Inc.购得，并且在美国专利5511749与5685507中公开。另一种RC***由Cattron-Theimeg，Inc.提供。
众所周知提供用于机车的分布式电源控制***(此后称为分布式电源或DP***或简称为DP)，其中以无线电或由电线或电缆直接连接的通信***的方式从列车的导引机车远程控制一个或多个远程机车(或形成列车编组的机车组)的运行。一种这样的基于无线电的DP***可在商标Locotro无线电下购得，并且在美国专利4582280中公开，当机车被连接在一起以构成编组(consist)或当机车被一个或多个车厢间隔开以形成“编组间”通信而位于沿列车长度间隔开的位置上时，该DP***使在机车之间的通信成为可能。20多年来一直可以从各公司得到由电线或电缆直接连接的***，但是只有当机车被直接地机械连接在一起以形成编组并且通过所谓的多单元(MU)电缆电气地连接在一起以形成所谓的“编组内”通信时，由电线或电缆直接连接的***才提供机车之间的通信。
使用在450MHz频率范围内大约30瓦功率电平上的分配给铁路运营的FCC认可频率来提供DP控制。在无线电信道没有干扰的条件下，DP无线电***能够提供可靠准确的机车控制。然而，当存在干扰时，已经开发了诸如唯一机车标识符以及时间随机化等特殊通信技术，以缓解通信冲突，例如在以下情况下：大量的机车运行于相对较小的地理区域内，诸如在调车场、工业地点等等。
公知的RC无线电采用了相同的FCC认可的频率，这增加了大容量调车场中的通信冲突。另外，因为RC机车一般用于调车场，而DP机车相对短暂，所以RC无线电增加了调车场周围对附近居民的EM噪声，并进一步限制了对于FCC认可频率上的其他通信的可用带宽。
大家还知道通过无线电在列车中的各个车厢之间通信，以控制制动与其他功能，其用于在业内大家所称的电子控制制动(ECPB)。例如，参看美国专利6400281，其与一项用于提供ECPB的新颖的列车通信技术相关。
在另一方面，最近在美国，联邦铁路管理局(FRA)以及提出了以下规定，其要求将拖曳机车(trail locomotive)中诸如动态制动***等特定机车***的状态告知先导机车(lead locomotive)中的管理员。一般地，在相邻机车之间提供了多单元(MU)电缆，以传递编组内数据。不幸地是，MU电缆现有的模拟通信协议缺乏满足这些规定的通信能力。另外，当机车在沿列车的方向的间隔开的位置上被排列在一组分布的编组中时，没有有效的方法来通过DP无线电将每个编组的MU电缆编组内数据告知先导机车，其原因是分离的***一般不相互通信。
上述的类型的无线电***，例如RC、DP、MU、以及ECPB，每一种都可能具有多种不同的通信需求，以提供各自的列车功能，然而这些***的每一个都可能争夺同一有限的无线电带宽。因此，希望提供尽管频谱有限也能适当地处理任何所希望的列车功能的通信***与技术。
发明内容
因此，需要一种改进的铁路通信***，其能够满足调车场内以及其他地方对于基于无线电的移动资源的日益增长的需求。通过提供至少RC与DP无线电通信之间的兼容性，而不增加机车以及其他FCC认可的铁路操作通信之间的无线电干扰，并且提供编组间以及编组内通信以与规定相一致，从而取得了就铁路资产所有者与管理者而言可用的有限频谱的利用率的显著进步。
一般地，本发明通过以下方式来满足上述需求：根据其一个方面，提供一种铁路通信***，包括第一无线电通信***，运行在大约450MHz波段的第一波段内，以与机车通信。该***还包括第二无线电通信***，运行在第二波段内，以与机车通信，选择所述第二波段以避免与第一无线电通信***的干扰。根据其另一方面，该***可以配置来使用第一与第二无线电通信***之一或两者，以适合于取得对分配给每个频率范围的有限带宽的有效利用，同时支持在任意给定时间所进行的列车功能的唯一性通信需求。
上述结构与功能的相互关系导致了一种改进的通信***，其通过高度多用途性满足了铁路工业中的多种需求，诸如高效地使用现有硬件的能力(避免对于MC电缆采用新标准的需要)，减少无线电功率电平以及EM躁声发射以及减轻调车场通信混乱。有利的是，如果(例如)在第二无线电通信***中使用ISM波段，则在不必履行烦琐的FCC站点许可证要求的情况下，满足了上述需求。另外，本发明的各个方面允许提供一种在机车之间通信所提出的FRA规定下的数据的可靠***。
附图说明
图1为示范性列车的示意图，该列车包括无线通信***，该***能够被配置来提供多通信功能，诸如RC控制或控制塔，并且能够被配置来跨越远程机车编组地传送数据(编组间通信)，或者在各个编组中的每个机车内传送数据(编组内通信)，或者上述的每一个。
图2为示范性发射器与接收器的方框图，其实施了机车控制单元以及远程控制单元的方面，这些单元被配置来在两个不同波段上通信；和
图3显示可以从本发明受益的示范性通信方案。
具体实施方式
1、概括***描述
本发明人已经创建性地认识到：通过构造铁路通信***1000，可以大幅降低RC与DP***之间的通信冲突概率，而不引入烦琐的管理部门审批(regulatory approval)，该铁路通信***1000使用例如现有Locotrol***的第一无线电子***100以及第二无线电子***200两者。例如，可以配置在便携式管理员控制单元(OCU)204中的第二无线电子***200(图1)中的发射器以及在先导机车上的第二无线电子***200中的接收器，以选择避免在与第一无线电子***的干扰的波段上运行。将会理解，可以配置第一无线电子***，以用第一通信协议操作，并且可以配置第二无线电子***，以用第二通信协议操作，该第二通信协议被配置来进一步避免与第一通信子***就相对于机车的通信而言的干扰。参看美国专利申请10/215207(案号124101，2002年8月8日提交，名为“Intelligent Communications，Command andControl for a Land-based Vehicle”)，其关于使用不同的通信方案以在各种运行或环境条件或两者的条件下提供可接受的通信质量。此处完全包含了以上美国专利申请作为参考，该美国专利申请共同转让给本发明的同一受让人。在一种示范性实施方式中，第二无线电子***包括ISM带(工业科学医疗波段)无线电子***，其使用(例如)扩频通信技术以及大约不高于一瓦的功率电平。我们认为该新颖方法允许在给定调车场中无线电视线之内运行20或更多个机车，而基本上没有通信干扰。与常规技术下可以同时运行的更少数目的机车相比，这代表了显著的进步。由于使用具有比第一无线电子***100更低的功率输出电平的第二无线电子***200，该改进的铁路通信***1000可以降低对临近调车场的区域的影响。例如，DP***可以在大约30瓦的功率电平上广播。在另一方面，可以配置RC***，以在大约1瓦或更小的功率电平上广播。有利地是，上述RC***的功率电平在ISM波段内不需要FCC批准。另外，第二无线电子***的较低的功率输出将使这种无线电设备能够被配置为相对轻型并便携的无线电设备，其可以由管理员携带，并且在较长的时间段内可以可靠地运行，而不用替换与该便携式无线电设备相关的电源(例如电池)或对其充电。
根据其另一方面，通过为编组内通信或列车内编组间通信传送新FRA规定所要求的数据而配置第二无线电子***200，该改进的铁路通信***1000可以用来满足新的FRA规定，而不需要重新设计现有的MU线路。
本领域技术人员将会理解，在具有视线障碍的调车场中，可以添加不复杂且不昂贵的转发器，以在大约两英里或更多之内为通信***1000提供有效的无线电覆盖。ISM波段为描述无线电频谱内几个波段的名词。作为示例，ISM波段包括902-928Mhz、2.4-2.483Ghz、以及5.725-5875Ghz。有利的是，ISM频率用于第二无线电子***200，这是因为使用这些频率不需要FCC许可证。相应地，通过使用在通信***100中所实施的铁路上的现有通信容量并以需要相对低的成本、不受规章限制的第二无线电子***200来改进该容量，该改进后的通信***1000可以用最小的成本来实现。
如上所述，本发明的一种示范性实施方式允许用低功率、不受规章限制的、运行在非冲突波段上的无线电子***200来在调车场中提供RC控制和/或编组内数据通信，该无线电子***200可以与无线电子***100结合或附属地使用，该无线电子***100提供编组间数据通信，例如上述Locotrol通信***。
图1显示一种铁路通信***，用来将数据告知列车中的机车，该列车可能包括各个机车编组。将会理解，根据其更宽泛的方面，本发明并不局限于使用多个机车的列车配置，这是因为，例如，RC控制(例如在调车场中)可能被提供给配备有单一机车的列车。另外，本发明的优点很容易地适用于单一机车配置，这是因为在大容量调车场中，通信干扰的可能的来源为邻近的列车，这些列车可能包括DP或编组间控制。因此，图1显示具有多个机车编组这一事实不应该被理解为对本发明的限制。
根据本发明的另一有利特征，将会理解在调车场操作中可能提供RC控制的第二无线电设备(例如运行在ISM波段)是可配置的，以提供多通信容量，这是因为该同一无线电设备可能用来提供编组内数据。例如，其将有利地允许铁路实现新近提出的、MU电缆目前不能满足的FRA要求。更具体地，可以配置第二无线电通信***来告知指示多机车编组中第二机车的***状态(例如，推进、制动、照明、定向、喇叭等等)的数据。另外，该提供在先前借助MU电缆互连的机车之间无线通信的经改进的能力既提供了通信链接冗余，也提供了本发明之前不可能的通信链接改进。例如，假设MU电缆中有故障，该故障将不会干扰机车控制，这是因为无线链接将能够对任何此类故障提供备份。另外，人们认为在许多情况下，由无线链接所提供的数据传输速率可能超过当前由MU电缆所提供的数据传输速率。例如，由于通过由于第二无线电***成为可能的无线通信链接的改进的数据传输速率，现在可能提供更有效的控制模式。再次地，因为对于第二无线电***的频率的专业级选择，编组内数据通信将与RC数据通信一样，不受来自同一列车之内或可能在第一无线电的波段上传送的外部来源的通信干扰。此处所使用的编组内数据指表示用于独立地并协调地控制在各个分组的每个机车上的各个***(例如推进***、动力制动***等等)的状态与命令信息的数据。
因此，将会理解本发明的发明人已经创见性地找到到了一种改进的通信***，该***通过高度多用途性以及对于可用资源的灵活使用满足了铁路工业中的多种需求，诸如高效地使用现有硬件的能力(避免对于MC电缆采用新标准的需要)；减轻调车场通信混乱。有利的是，如果(例如)在第二无线电通信***中使用ISM波段，则在不必履行烦琐的FCC站点许可证要求的情况下，满足了上述需求。
图2在方框图中显示了使用本发明方面的第一与第二无线电通信***的一种示范性实施方式的其他细节。例如，每个无线电设备可能包括其各自的处理器，具有用于存储用来执行(例如)第一无线电设备中DP控制以及第二无线电中RC控制和/或编组内通信的适当软件的存储器。虽然图2显示第一与与第二无线电***被组合并集成在公共单元中，但应该理解这些无线电可能作为分离的单元提供。例如，一种远程控制单元可以是由管理员携带的便携式单元。另一种远程控制单元可以是调车场中控制塔的一部分。还将会理解可以使用本领域公知技术对同一硬件进行编程，以运行在不同的波段上。
图3显示可以从本发明受益的各种示范性通信方案。作为示例，根据本发明的一个方面，可以从管理员控制单元(OCU)在ISM波段(例如频率f1)上提供RC控制，该管理员控制单元被配置来提供这种RC控制。在所希望的改进的编组内通信的情况下(例如为了满足FRA要求)，则该ISM波段可以用于以无线的方式通信该编组内数据。在希望分布式推进的情况下，就如可以由DP无线电***提供的一样，在该运行在不同于频率f1的频率(例如频率f2)上的***将不会产生对于邻近列车的通信干扰，尽管相对于OCU，DP无线电***的RF输出功率相对较高。
虽然此处显示并描述了本发明的优选实施方式，但是显然这些方式仅是作为示例提供的。在不脱离本发明的前提下，本领域技术人员会想到各种变体、修改、以及替换。相应地，本发明只由权利要求的原理与范围来限定。

Claims (37)

1.一种铁路通信***(1000)，用来通过至少两个不同的机车控制单元来控制机车的运行，所述通信***包括：
第一机车控制单元，安装在机车上并与机车可操作地相连，第一机车控制单元包括：第一无线电发射器与接收器子***(例如100)，能够在大约450MHz波段的第一波段上与第一远程控制单元通信，以控制机车的运行；
第二机车控制单元，安装在机车上并与机车可操作地相连，第二机车控制单元包括：第二无线电发射器与接收器子***(例如200)，能够在第二波段上与第二远程控制单元通信，以与机车通信，所述第二波段与第一波段不同并且被选择来避免与第一无线电发射器与接收器子***的干扰；
第一处理器，与第一无线电发射器与接收器子***可操作地相连，用来响应于第一远程控制单元，以作为对来自第一远程控制单元的控制信号的响应，控制机车的运行；
第二处理器，与第二无线电发射器与接收器子***可操作地相连，用来响应于第二远程控制单元，以作为对来自第二远程控制单元的控制信号的响应，控制机车的运行；以及
由此通过所述远程控制单元中的一个，可以选择性地控制机车的运行，而不造成与和另一机车控制单元或其他机车的通信的干扰，其中所述机车只响应于所选择的远程控制单元。
2.根据权利要求1的铁路通信***，其中所述第一无线电发射器与接收器子***、第一处理器、第二无线电发射器与接收器子***、以及第二处理器集成并组合在单一机车控制单元中。
3.根据权利要求1的铁路通信***，其中所述第一处理器以及第二处理器集成在单一处理器中。
4.根据权利要求1的铁路通信***，其中所述第一无线电发射器与接收器子***以及第二无线电发射器与接收器子***集成并组合在能够在至少两个不同频率上发射并接收的单一无线电发射器与接收器子***中。
5.根据权利要求1的铁路通信***，其中在多编组列车中，所述第一无线电发射器与接收器子***是用于构成编组间通信的不同编组中机车之间通信的无线通信链接的一部分。
6.根据权利要求1的铁路通信***，其中所述第二无线电发射器与接收器子***是用于机车与远离机车的地点之间通信的无线通信链接的一部分。
7.根据权利要求1的铁路通信***，其中所述第二无线电发射器与接收器子***包括小于所述第一无线电发射器与接收器子***的无线电频率(RF)功率输出的无线电(RF)频率功率输出。
8.根据权利要求1的铁路通信***，其中所述第二无线电发射器与接收器子***包括小于不要求管理部门批准的最大容许功率的无线电频率(RF)功率输出。
9.根据权利要求1的铁路通信***，其中所述第二无线电发射器与接收器子***包括不用管理部门批准就可用的无线电(RF)波段。
10.根据权利要求7的铁路通信***，其中所述第一无线电发射器与接收器子***包括大约30瓦的无线电频率功率输出，并且所述第二无线电发射器与接收器子***包括大约1瓦的无线电频率功率输出。
11.根据权利要求1的铁路通信***，其中所述第二波段包括ISM波段。
12.根据权利要求1的铁路通信***，其中所述第二远程控制单元包括：便携式控制单元(例如204)，用来由管理员携带，以进行机车的远程控制操作。
13.根据权利要求12的铁路通信***，其中所述第二远程控制单元还包括：第一无线电发射器与接收器子***与第二无线电发射器与接收器子***，用来选择性地与所述第一与第二机车控制单元通信。
14.根据权利要求1的铁路通信***，其中所述第二远程控制单元安装在列车控制塔中。
15.根据权利要求1的铁路通信***，其中在多机车编组中，所述第二远程控制单元安装在另一机车上，用于编组内通信。
16.根据权利要求1的铁路通信***，其中在所述第二远程控制单元与第二无线电发射器与接收器子***之间传递的信息包括机车状态数据。
17.根据权利要求16的铁路通信***，其中所述机车状态数据包括联邦铁路管理局所要求的数据。
18.根据权利要求1的铁路通信***，其中在多机车编组中，所述第一远程机车控制单元安装在不同的编组中的另一机车上，用于编组间通信。
19.一种铁路通信***，包括：
第一无线电通信***(例如100)，用来通信控制信号，以控制列车中机车的运行，该第一无线电通信***运行在第一功率电平上并在大约450MHz波段的第一波段内，以与机车通信；以及
第二无线电通信***(例如200)，用来通信控制信号，以控制列车中机车的运行，该第二无线电通信***运行在低于第一功率电平的第二功率电平上并在第二波段内，以与机车通信，所述第二波段与第一波段不同并且被选择来避免与第一无线电通信***的干扰，并且其中选择所述第二波段及其功率电平的每一个，以不需要管理部门的批准。
20.一种通过至少两个机车控制单元来控制机车运行的方法，包括：
提供安装在机车上并与机车可操作地相连的第一机车控制单元；
配置第一机车控制单元，以通过第一无线电发射器与接收器子***(例如100)与第一远程控制单元在大约450MHz波段的第一波段上进行通信，以控制机车的运行；
提供安装在机车上并与机车可操作地相连的第二机车控制单元；
配置第二机车控制单元，以通过第二无线电发射器与接收器子***(例如200)在第二波段上与第二远程控制单元通信，以与机车通信，所述第二波段与第一波段不同并且被选择来避免与第一无线电发射器与接收器子***的干扰；
响应于第一远程控制单元，作为对来自第一远程控制单元的控制信号的响应，运行第一机车控制单元，以控制机车的运行；
响应于第二远程控制单元，作为对来自第二远程控制单元的控制信号的响应，运行第二机车控制单元，以控制机车的运行；以及
选择性地控制机车的运行，而不造成与和其他机车控制单元或其他机车的通信的干扰，其中所述机车只响应于所选择的远程控制单元。
21.根据权利要求20的方法，还包括：将所述第一无线电发射器与接收器子***、第一处理器、第二无线电发射器与接收器子***、以及第二处理器组合在单一机车控制单元中。
22.根据权利要求20的方法，还包括：将所述第一处理器以及第二处理器组合在单一处理器中。
23.根据权利要求20的方法，还包括：将所述第一无线电发射器与接收器子***以及第二无线电发射器与接收器子***组合在能够在至少两个不同的可选择频率上发射并接收的单一无线电发射器与接收器子***中。
24.根据权利要求20的方法，其中在多编组列车中，所述第一无线电发射器与接收器子***是用于构成编组间通信的不同编组中机车之间通信的无线通信链接的一部分。
25.根据权利要求20的方法，其中所述第二无线电发射器与接收器子***是用于机车与远离机车的地点之间通信的无线通信链接的一部分。
26.根据权利要求20的方法，其中所述第二无线电发射器与接收器子***可运行于小于所述第一无线电发射器与接收器子***的无线电频率(RF)功率输出的无线电频率(RF)功率输出。
27.根据权利要求20的方法，其中所述第二无线电发射器与接收器子***可运行于小于不要求管理部门批准的最大容许功率的无线电频率功率输出。
28.根据权利要求20的方法，其中所述第二无线电发射器与接收器子***可运行于不用管理部门批准就可用的无线电频率(RF)波段。
29.根据权利要求26的方法，其中所述第一无线电发射器与接收器子***可运行于大约30瓦的无线电频率功率输出，并且所述第二无线电发射器与接收器子***可运行于大约1瓦的无线电频率功率输出。
30.根据权利要求20的方法，其中所述第二波段包括ISM波段。
31.根据权利要求20的方法，其中所述第二远程控制单元包括：便携式控制单元，其被携带以进行机车的远程控制操作。
32.根据权利要求31的方法，其中所述第二远程控制单元还包括：第一无线电发射器与接收器子***与第二无线电发射器与接收器子***，用来选择性地与所述第一与第二机车控制单元通信。
33.根据权利要求20的方法，其中所述第二远程控制单元包括安装在调车场控制塔中的远程控制单元。
34.根据权利要求20的方法，其中在多机车编组中，所述第二远程控制单元包括安装在另一机车上的机车控制单元，用于编组内通信。
35.根据权利要求20的方法，还包括：在所述第二远程控制单元与第二无线电发射器与接收器子***之间，通信指示机车状态数据的信息。
36.根据权利要求35的方法，其中所述机车状态数据包括联邦铁路管理局所要求的数据。
37.根据权利要求20的方法，其中所述第一远程控制单元包括安装列车中另一机车上的机车控制单元。
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