EP3374247B1 - Verfahren zum betreiben einer etcs-mobilfunkantennenanordnung und etcs-bahnfahrzeug mit einer etcs-mobilfunkantennenanordnung - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer etcs-mobilfunkantennenanordnung und etcs-bahnfahrzeug mit einer etcs-mobilfunkantennenanordnung Download PDF

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EP3374247B1
EP3374247B1 EP16812712.4A EP16812712A EP3374247B1 EP 3374247 B1 EP3374247 B1 EP 3374247B1 EP 16812712 A EP16812712 A EP 16812712A EP 3374247 B1 EP3374247 B1 EP 3374247B1
Authority
EP
European Patent Office
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etcs
mobile radio
antenna
control logic
rail vehicle
Prior art date
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EP16812712.4A
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English (en)
French (fr)
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EP3374247A1 (de
Inventor
Elmar DÄGELE
Frank Kaiser
Fabrice Stein
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Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0018—Communication with or on the vehicle or train
    • B61L15/0027—Radio-based, e.g. using GSM-R
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0063—Multiple on-board control systems, e.g. "2 out of 3"-systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L2205/00—Communication or navigation systems for railway traffic
    • B61L2205/02—Global system for mobile communication - railways [GSM-R]

Definitions

  • the two mobile radio devices of an on-board unit are only used in parallel for a small part of the ETCS operating time, namely during the neighboring control center transition.
  • ETCS electronic circuitry
  • one or possibly both ETCS mobile radio devices or their antennas could be used for other services.
  • ETCS requests mobile devices they must be made available to ETCS again immediately.
  • the quality of mobile communication also known as "Quality of Service"
  • ETCS roof antennas and their feed lines must meet a number of requirements that limit the structure and placement of the antennas on the roof. Various electrical and mechanical requirements as well as minimum distances between the antennas must be observed. This limits the possible number of cellular antennas on the rail vehicles. If, in addition to the ETCS mobile radio antennas, additional antennas are to be retrofitted on the roof of a rail vehicle, space problems often arise or technically complex solutions are necessary.
  • ERTMS European Rail Traffic Management System
  • voice service train radio via which the vehicle driver can communicate with the responsible dispatcher using rail-specific extensions to the GSM mobile radio standard (location dependent addressing).
  • the DE 103 19 904 A1 discloses a method for operating an ETCS mobile radio antenna arrangement in an on board unit which is installed in an ETCS rail vehicle. There is also an ETCS mobile radio antenna and an ETCS mobile radio device, which can be connected using an ETCS antenna switch. Accordingly, there is another ETCS mobile radio antenna on the train, and the on-board unit can optionally be connected to one or the other ETCS mobile radio antenna via the antenna switch.
  • the EP 0 573 856 A1 deals with antenna switching between different antennas. Antenna switching between an internal and an external antenna of a radio must be carried out. Switching takes place according to the criterion which antenna allows better reception quality.
  • the invention is based on the object of specifying a method for operating an ETCS mobile radio antenna arrangement with which ETCS-external rail services with mobile communication can be integrated into ETCS rail vehicles.
  • ETCS European Train Control System
  • An essential advantage of the method according to the invention is seen in the fact that different services, namely ETCS-internal and / or ETCS-external services, share the existing ETCS mobile radio antennas of the respective rail vehicle.
  • a further antenna installation on the roof of a rail vehicle can advantageously be omitted for these services. This relaxes the space problem for additional mobile radio antennas on the roof of a rail vehicle.
  • the method is simple in that a control logic is used which determines the switching position of the ETCS antenna switch from ETCS status information of an on-board unit and then controls the antenna switch accordingly; the required hardware can be structured flexibly and integrated into the rail vehicle in different ways.
  • the ETCS function remains unchanged. Neither data communication nor the ETCS protocols are affected. Influences on the ETCS system availability through the ETCS antenna switch are negligibly small if a high-quality hardware version is used.
  • Difficulties with overlapping frequency ranges can easily be avoided. It is possible to install at least one mobile radio antenna that is suitable for frequency ranges from GSM-R and UMTS or LTE. With the help of the ETCS antenna switch, a high-frequency signal from one or more ETCS roof antennas can alternatively be provided for the ETCS vehicle control or for other communication services.
  • Other communication services can be cellular devices, cellular networks and / or cellular services.
  • the special control logic can be used to decide whether the ETCS mobile radio antenna is activated for ETCS vehicle control or for other services in the vehicle. Since the control of the rail vehicle has priority at all times, the control logic must have continuous knowledge of whether the ETCS mobile radio antenna is required for ETCS or not. As soon as ETCS has a communication requirement for the switchable antenna, this is made available for ETCS according to the invention. Other services must therefore expect an interruption at any time and temporary unavailability of the mobile communication. This boundary condition must be taken into account when selecting potential other rail services. However, the transmission quality provided by the method according to the invention is sufficient for services such as ETCS key management and the transmission of ETCS diagnostic data.
  • ETCS status information can be used for the control logic in the method according to the invention. However, it has proven to be particularly advantageous if the ETCS status information is obtained from information regarding the status, occupancy and communication requirements of the mobile radio devices used in the on-board unit of the ETCS rail vehicle.
  • ETCS calls are always made while the ETCS train is traveling, so that during the time the ETCS mobile antenna is being made available for other rail services, there is no communication problem with regard to unsuccessful connection requests from the route center.
  • a non-safety-related preprocessing computer and a signal-technically safe computer are used. It is advantageous to obtain the ETCS status information from the control logic using the non-safety-related preprocessing computer of the on-board unit of the ETCS rail vehicle.
  • control logic can advantageously be integrated into the CPU of the non-security-relevant preprocessing computer.
  • control logic it is also possible to house the control logic in a special component, for example in a microcontroller.
  • the ETCS status information is obtained by means of a separate computer module comprising the control logic, which also contains the ETCS antenna switch.
  • the module thus formed can be integrated as a module in the non-safety-related preprocessing computer and enables simple data transfer between the CPU of the non-safety-related preprocessing computer and the periphery of the non-safety-related preprocessing computer with regard to the ETCS status information or the control signal for the ETCS antenna switch.
  • the ETCS antenna switch is arranged on an external module and by means of a wire-bound interface with the non-safety-related preprocessing computer is connected, i.e. is not integrated into the non-safety-related preprocessing computer.
  • the control signal for the ETCS antenna switch or the ETCS status information can be transmitted via this interface.
  • a module for the control logic on the external module is required here, and a power supply is also required for the external module.
  • control logic uses ETCS-internal status and diagnostic information when forming switching commands for the antenna switch.
  • an antenna signal switch is integrated in the antenna path between the ETCS antenna switch and the further mobile radio device. If the antenna signal switch is an active antenna signal switch, then the ETCS mobile radio device is also supplied with an antenna voltage when the ETCS antenna switch has released the ETCS mobile radio antenna for other services. When using a passive antenna signal switch, the antenna signal is reduced by about 3 dB, which slightly reduces the quality for the other rail services, but there is the advantage that the ETCS mobile device remains logged in to the GSM-R network and the GSM-R Cell forwarding continues. This means that a connection can be established without delay after the ETCS cellular antenna is switched back to ETCS.
  • location information of the ETCS train vehicle is taken into account by the control logic.
  • the control for releasing the switchable antenna for other services also depends on how quickly an ETCS mobile device logs back into the GSM-R network after the antenna is available again for ETCS.
  • further information for the switchover logic can be consulted, by means of which the antenna switchover for ETCS takes place at a time before the ETCS connection is requested. Above all, location information can be used.
  • the invention also has the object of specifying an ETCS rail vehicle with an ETCS mobile radio antenna arrangement, with which ETCS external rail services with mobile communication can be integrated into ETCS rail vehicles.
  • an ETCS rail vehicle with an ETCS mobile radio antenna arrangement in the on-board unit is used to achieve this object.
  • a non-safety-related preprocessing computer known per se is used in the on-board unit in order to obtain the ETCS status information, the control logic being able to be arranged in different ways. It can be advantageous to integrate the control logic into the non-safety-related preprocessing computer.
  • the separate computer module can be assigned as a module to the non-safety-related preprocessing computer.
  • the ETCS antenna switch on an external module and connect it to the non-safety-related preprocessing computer by means of a wire-bound interface connect.
  • an antenna signal switch can advantageously be arranged in the antenna path between the ETCS antenna switch and the further mobile radio device, which can be a passive antenna signal switch.
  • Figure 1 shows an on-board unit 1 of an ETCS rail vehicle, not shown, which is equipped in a known manner with a signal-safe computer 2 and a non-safety-related preprocessing computer 3.
  • an ETCS mobile radio device 4 is connected to the non-safety-relevant preprocessing computer 3 and, on the other hand, another ETCS mobile radio device 5.
  • the two ETCS mobile radio devices 4 and 5 are generally used to ensure the function of both ETCS mobile radio devices in an overlap area.
  • ETCS mobile radio device 4 is connected to an ETCS antenna 6, while the further ETCS mobile radio device 5 is connected to a further ETCS mobile radio antenna 8 via an ETCS antenna switch 7. It also runs between the non-safety-related preprocessing computer 3 and the ETCS antenna switch 7 a connecting line 10, via which the switching position of the ETCS antenna switch 7 is determined by the non-safety-related preprocessing computer 3; In addition, the ETCS antenna switch 7 is actuated by the non-security-related preprocessing computer 3 via the connecting line 10.
  • the ETCS status information consists of information regarding the status, occupancy and communication requirements of the mobile radio devices used in the on-board unit 1 of the ETCS rail vehicle.
  • the state of the GSM-R mobile radio devices is determined, the number of communication options currently used and current connection requests as they exist to the route center and from the route center.
  • the control logic of the ETCS antenna switch 7 decides whether an ETCS mobile radio antenna is currently required or not. If the former is the case, then 7 messages are transmitted or received via the further ETCS mobile radio antenna. Otherwise, the message channel 13 to other non-ETCS mobile radio devices is opened or services are set up in another switching position of the ETCS antenna switch 7.
  • FIG. 2 A part of an ETCS rail vehicle 20 with an on-board unit 21 is shown.
  • a GSM-R mobile radio device 22 is connected to the on-board unit 21; a further GSM-R mobile radio device 23 is also connected to the on-board unit 21.
  • the further GSM-R mobile radio device 23 is connected to an antenna switch 25 of the on-board unit 21, the antenna switch 25 via a wired interface 26 also to the non-safety-related preprocessing computer of the on-board unit 21 for determining the switching position, which is not shown here of the antenna switch 25 and is connected to control this switch.
  • Both the one GSM-R mobile radio device 22 is connected to a GSM-R antenna 27 and the antenna switch 25 is connected to a further GSM-R antenna 28. Both antennas 27 and 28 radiate and receive messages via the closed GSM-R network and via the public UMTS / LTE network 29.
  • control logic in the non-safety-relevant preprocessing computer of the on-board unit 21 supplies the corresponding information, as described in detail above.
  • the on-board unit 21 is connected to a closed GSM-R network and a public UMTS / LTE network 29.
  • Figure 4 are elements after them Figure 1 correspond, provided with the same reference numerals. It can be seen that here an active antenna signal switch 41 is interposed in the antenna path between the ETCS antenna switch 7 and the non-ETCS mobile radio device 12, which is supplied with an antenna voltage via a connection 42.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Description

  • Bahnfahrzeuge, die mit dem standardisierten ETCS (European Train Control System) ausgerüstet sind und im ETCS Level 2 oder 3 fahren, nutzen für die Kommunikation mit der jeweils zuständigen Streckenzentrale das digitale Mobilfunknetz GSM (Global System for Mobile Communications)-R, wobei "R" für Railway steht. Um eine lückenlose Zugsicherung zu gewährleisten, sind die sogenannten On-Board-Units jeweils mit zwei GSM-R- bzw. ETCS-Mobilfunkgeräten bestückt, so dass während des Übergangs zur nächsten örtlich zuständigen Streckenzentrale parallele Mobilfunkverbindungen (zur vorherigen und nachfolgenden Streckenzentrale) verfügbar sind.
  • Die beiden Mobilfunkgeräte einer On-Board-Unit sind nur zu einem geringen Teil der ETCS-Betriebszeit parallel in Verwendung, nämlich während des Nachbarzentralenübergangs. In der überwiegenden Betriebszeit wird für ETCS Level 2 bzw. 3 nur ein ETCS-Mobilfunkgerät belegt. Daneben gibt es Streckenabschnitte, die nicht mit ETCS Level 2 oder 3 ausgerüstet sind und auf denen der Bahnbetrieb mit anderen Zugsicherungssystemen abgewickelt wird, so dass die ETCS-Mobilfunkgeräte während der Fahrt über diese Streckenabschnitte für ETCS nicht benötigt werden. In dieser Zeit könnten ein oder ggf. beide ETCS-Mobilfunkgeräte oder deren Antennen für andere Dienste verwendet werden. Dabei ist allerdings zu berücksichtigen, dass im Falle einer Anforderung von Mobilfunkgeräten durch ETCS diese sofort wieder für ETCS bereitgestellt werden müssen. Außerdem muss die Qualität der Mobilkommunikation, auch als "Quality of Service" bezeichnet, für ETCS jederzeit vorhanden sein.
  • Um die für ETCS benötigte Qualität der Mobilkommunikation sicherzustellen, wird auf dem Fahrzeugdach für jedes ETCS- Mobilfunkgerät eine eigene Dachantenne installiert. ETCS-Dachantennen und ihre Zuleitungen müssen eine Reihe von Anforderungen erfüllen, die den Aufbau und die Platzierung der Antennen auf dem Dach beschränken. Diverse elektrische und mechanische Anforderungen sowie Mindestabstände zwischen den Antennen müssen eingehalten werden. Dadurch ist die mögliche Anzahl von Mobilfunkantennen auf den Schienenfahrzeugen begrenzt. Sollen neben den ETCS Mobilfunkantennen weitere Antennen auf einem Dach eines Bahnfahrzeugs nachgerüstet werden, entstehen oftmals Platzprobleme oder technisch aufwändige Lösungen werden notwendig.
  • Neben der Zugsicherung ETCS gibt es eine Reihe weiterer Bahndienste im ERTMS (European Rail Traffic Management System) und außerhalb des ERTMS mit Kommunikationsbedarf über Mobilfunk. Ein Beispiel dafür ist der Sprachdienst Zugfunk, über den der Fahrzeugführer mittels bahnspezifischen Erweiterungen des GSM Mobilfunkstandards (location dependent adressing) mit dem zuständigen Fahrdienstleiter kommunizieren kann.
  • Der Ausbau mobiler Bahndienste mit Sprach- und Datenkommunikation wird sich zukünftig stark weiterentwickeln, beispielsweise auch hinsichtlich neuer Dienste für Bahnfahrgäste. Dies betrifft sowohl das ETCS System selbst, als auch andere auf dem Fahrzeug vorhandene Infrastruktur und Steuerungssysteme. Um ETCS Fahrzeuge wirtschaftlich zu betreiben, müssen künftig diverse Zusatzdienste für ETCS über Mobilkommunikation bereitgestellt werden. Beispiele hierfür sind:
    • Übertragung von (verschlüsselten) Schlüsseldaten für die signaltechnisch gesicherte Funkkommunikation an Fahrzeuge, beispielsweise aufgrund von zeitlich eingeschränkter Schlüsselgültigkeit oder für das Befahren neuer Streckenabschnitte durch Mietfahrzeuge,
    • Übertragung von Software bzw. Konfigurationsdaten an Fahrzeuge (z.B. zur Anpassung an Betriebssituationen oder zur Fehlerkorrektur),
    • Übertragung von Statusinformationen des ETCS Systems oder anderer Fahrzeugkomponenten (Ort, Geschwindigkeit, Level etc.) an streckenseitige Dispatcher und
    • Übertragung von Diagnosedaten des ETCS Systems oder anderer Fahrzeugkomponenten an streckenseitige Wartungseinrichtungen.
  • Neben den ETCS-Datendiensten im bahneigenen GSM-R-Netz besteht für neue Bahndienste auch der Bedarf, öffentliche Mobilfunknetze mit Services der 3. und 4. Generation (z.B. UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) zu nutzen.
  • Es ist aus technischen und wirtschaftlichen Gründen nicht möglich, für jeden Bahndienst eine eigene Mobilfunkantenne zu installieren. Auch eine gleichzeitige Nutzung der vorhandenen ETCS-Mobilfunkantennen für die Anschaltung weiterer Mobilfunkgeräte mit UMTS oder LTE (Long Term Evolution)-Datendiensten, beispielsweise durch Nutzung eines Diplexers, ist wegen der überlappenden, bzw. zu nahe beieinander liegenden Frequenzbereiche nicht möglich.
  • Die DE 103 19 904 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer ETCS Mobilfunkantennenanordnung in einer On Board Unit, die in einem ETCS-Bahnfahrzeug verbaut ist. Es ist auch eine ETCS-Mobilfunkantenne sowie ein ETCS Mobilfunkgerät vorhanden, wobei diese mittels eines ETCS-Antennenumschalters verbunden werden können. Demgemäß befindet sich auf dem Zug eine weitere ETCS-Mobilfunkantenne, wobei die On Board Unit über den Antennenumschalter wahlweise mit der einen oder der anderen ETCS-Mobilfunkantenne verbunden werden kann.
  • Die EP 0 573 856 A1 beschäftigt sich mit einer Antennenumschaltung zwischen unterschiedlichen Antennen. Es ist eine Antennenumschaltung zwischen einer internen und einer externen Antenne eines Funkgerätes vorzunehmen. Die Umschaltung erfolgt nach dem Kriterium, welche Antenne eine bessere Empfangsqualität zulässt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer ETCS-Mobilfunkantennenanordnung anzugeben, mit dem sich ETCS-externe Bahndienste mit Mobilkommunikation in ETCS-Bahnfahrzeuge integrieren lassen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Betreiben einer ETCS (European Train Control System)-Mobilfunkantennenanordnung in einer On-Board-Unit eines ETCS-Bahnfahrzeugs gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen.
  • Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens wird darin gesehen, dass unterschiedliche Dienste, nämlich ETCS-interne und/oder ETCS-externe Dienste, die vorhandenen ETCS-Mobilfunkantennen des jeweiligen Bahnfahrzeugs mitbenutzen. Eine weitere Antenneninstallation auf dem Dach eines Bahnfahrzeugs kann für diese Dienste in vorteilhafter Weise entfallen. Damit entspannt sich das Platzproblem für weitere Mobilfunkantennen auf dem Dach eines Bahnfahrzeugs.
  • Hinzu kommt, dass das Verfahren einfach ist, indem eine Steuerungslogik zum Einsatz kommt, die aus ETCS-Zustandsinformationen einer On-Board-Unit die Schaltstellung des ETCS-Antennenumschalters ermittelt und daraufhin den Antennenumschalter entsprechend ansteuert; die benötigte Hardware kann flexibel aufgebaut und in unterschiedlicher Weise in das Bahnfahrzeug integriert sein.
  • Außerdem bleibt die ETCS-Funktion unverändert. Weder die Datenkommunikation noch die ETCS-Protokolle werden beeinflusst. Einflüsse auf die ETCS-Systemverfügbarkeit durch den ETCS-Antennenumschalter sind vernachlässigbar klein, wenn eine hochwertige Hardwareausführung verwendet wird.
  • Schwierigkeiten mit überlappenden Frequenzbereichen sind ohne Weiteres vermeidbar. Dabei ist es möglich, mindestens eine Mobilfunkantenne zu installieren, die für Frequenzbereiche von GSM-R und UMTS bzw. LTE geeignet ist. Mit Hilfe des ETCS-Antennenumschalters kann ein Hochfrequenz-Signal einer oder mehrerer ETCS-Dachantennen alternativ für die ETCS Fahrzeugsteuerung oder für andere Kommunikationsdienste bereitgestellt werden. Andere Kommunikationsdienst können Mobilfunkgeräte, Mobilfunknetze und/oder Mobilfunkdienste sein.
  • Mittels der speziellen Steuerungslogik kann entschieden werden, ob die ETCS-Mobilfunkantenne für die ETCS-Fahrzeugsteuerung aktiviert wird oder für andere Dienste im Fahrzeug. Da die Steuerung des Bahnfahrzeugs zu jedem Zeitpunkt Priorität hat, muss die Steuerungslogik fortlaufend Kenntnis darüber haben, ob die ETCS-Mobilfunkantenne für ETCS benötigt wird oder nicht. Sobald ETCS Kommunikationsbedarf für die umschaltbare Antenne hat, wird diese erfindungsgemäß für ETCS bereitgestellt. Andere Dienste müssen deshalb mit einer jederzeitigen Unterbrechung und einer zeitweisen Nichtverfügbarkeit der Mobilkommunikation rechnen. Diese Randbedingung muss bei der Auswahl potentieller anderer Bahndienste berücksichtigt werden. Jedoch ist die durch das erfindungsgemäße Verfahren bereitgestellte Übertragungsqualität für Dienste, wie beispielsweise das ETCS Schlüsselmanagement und die Übertragung von ETCS-Diagnosedaten ausreichend.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können verschiedene ETCS-Zustandsinformationen für die Steuerungslogik herangezogen werden. Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch erwiesen, wenn die ETCS-Zustandsinformationen aus Informationen bezüglich Zustand, Belegung und Kommunikationsanforderungen der in der On-Board-Unit des ETCS-Bahnfahrzeugs verwendeten Mobilfunkgeräte gewonnen werden.
  • Als ETCS-Zustandsinformationen werden bevorzugt folgende Zustände abgefragt:
    • Zustand der GSM-R-Mobilfunkgeräte, wie eingeschaltet, im GSM-R-Netz eingebucht und nicht verfügbar;
    • Anzahl der aktuell genutzten Kommunikationsmöglichkeiten, wie GSM-R-Mobilfunkgeräte, GSM-R-Netze und
    • aktuelle Verbindungsanforderungen, wie zur Streckenzentrale, von der Streckenzentrale.
    • Anhand dieser ETCS-Zustandsinformationen kann die Steuerungslogik des ETCS-Antennenumschalters entscheiden, ob eine ETCS-Mobilfunkantenne gegenwärtig für ETCS benötigt wird oder nicht. So kann die ETCS-Mobilfunkantenne für andere Bahndienste freigegeben werden, wenn
    • das an die ETCS-Mobilfunkantenne angeschlossene eine ETCS-Mobilfunkgerät und das weitere ETCS-Mobilfunkgerät funktionsfähig sind,
    • kein oder ein ETCS-Mobilfunkgerät von ETCS belegt ist und keine weitere Verbindungsanforderung zur Streckenzentrale besteht.
  • Anzumerken ist in diesem Zusammenhang, dass im ETCS ein Rufaufbau während der Fahrt stets vom ETCS-Bahnfahrzeug ausgeht, so dass in der Zeit, in der die ETCS-Mobilfunkantenne für andere Bahndienste bereitgestellt wird, kein Kommunikationsproblem hinsichtlich erfolgloser Verbindungsanforderungen seitens der Streckenzentrale entsteht.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird, wie an sich bekannt, außer der mindestens einen ETCS-Mobilfunkantenne und dem ETCS-Antennenumschalter ein nichtsicherheitsrelevanter Vorverarbeitungsrechner und ein signaltechnisch sicherer Rechner verwendet. Vorteilhaft ist es, die ETCS-Zustandsinformationen mittels des nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechners der On-Board-Unit des ETCS-Bahnfahrzeugs von der Steuerungslogik zu gewinnen.
  • Als vorteilhaft wird es ferner erachtet, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als Steuerungslogik eine in den nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner integrierte Steuerungslogik verwendet wird. Insbesondere kann die Integration der Steuerungslogik vorteilhaft in die CPU des nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechners erfolgen. Es ist aber auch möglich, die Steuerungslogik in einer besonderen Komponente, beispielsweise in einem Mikrocontroller, unterzubringen.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die ETCS-Zustandsinformationen mittels eines die Steuerungslogik umfassenden, separaten Rechnerbausteins gewonnen, der auch den ETCS-Antennenumschalter enthält. Die so gebildete Baugruppe kann als Baugruppe in den nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner integriert werden und ermöglicht einen einfachen Datentransfer zwischen der CPU des nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechners und der Peripherie des nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechners hinsichtlich der ETCS-Zustandsinformationen oder des Ansteuerungssignals für den ETCS-Antennenumschalter.
  • Es ist aber auch möglich, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren den separaten Rechnerbaustein als eine Baugruppe des nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechners einzusetzen.
  • Ferner erscheint es vorteilhaft, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der ETCS-Antennenumschalter auf einer externen Baugruppe angeordnet und mittels einer drahtgebundenen Schnittstelle mit dem nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner
    verbunden wird, also nicht in den nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner integriert wird. Über diese Schnittstelle werden wahlweise das Ansteuerungssignal für den ETCS-Antennenumschalter oder die ETCS-Zustandsinformationen übertragen. Allerdings wird hier ein Baustein für die Steuerungslogik auf der externen Baugruppe benötigt, und außerdem ist für die externe Baugruppe eine Spannungsversorgung notwendig.
  • Vorteilhaft ist es auch, wenn bei der Bildung von Umschaltbefehlen für den Antennenumschalter von der Steuerungslogik ETCS-interne Zustands- und Diagnoseinformationen herangezogen werden.
  • Als vorteilhaft wird es ferner angesehen, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Antennenweg zwischen dem ETCS-Antennenumschalter und dem weiteren Mobilfunkgerät eine Antennensignalweiche integriert wird. Ist die Antennensignalweiche eine aktive Antennensignalweiche, dann wird das ETCS-Mobilfunkgerät auch dann noch mit einer Antennenspannung versorgt, wenn der ETCS-Antennenumschalter die ETCS-Mobilfunkantenne für andere Dienste freigegeben hat. Bei Verwendung einer passiven Antennensignalweiche reduziert sich zwar das Antennensignal um etwa 3 dB, wodurch die Qualität für die anderen Bahndienste leicht gemindert wird, jedoch ergibt sich der Vorteil, dass das ETCS-Mobilfunkgerät im GSM-R-Netz eingebucht bleibt und die GSM-R-Zell-Weiterschaltung weiterhin durchführt. Damit kann nach der Rückschaltung der ETCS-Mobilfunkantenne auf ETCS ein Verbindungsaufbau ohne Verzögerung erfolgen.
  • Vorteilhaft erscheint es ferner, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Ortsinformationen des ETCS-Bahnfahrzeugs von der Steuerungslogik berücksichtigt werden. Die Steuerung zur Freigabe der umschaltbaren Antenne für andere Dienste hängt nämlich auch davon ab, wie schnell ein ETCS-Mobilfunkgerät wieder in das GSM-R-Netz einbucht, nachdem die Antenne wieder für ETCS verfügbar ist. Um lange Verzögerungen des ETCS-Verbindungsaufbaus zu vermeiden, können ggf. weitere Informationen für die Umschaltlogik hinzugezogen werden, mittels derer die Antennenumschaltung für ETCS bereits zu einem Zeitpunkt erfolgt, bevor die ETCS-Verbindung angefordert wird. Dazu können vor allem Ortsinformationen genutzt werden.
  • Die Erfindung stellt sich ferner die Aufgabe, ein ETCS-Bahnfahrzeug mit einer ETCS-Mobilfunkantennenanordnung anzugeben, mit dem sich ETCS-externe Bahndienste mit Mobilkommunikation in ETCS-Bahnfahrzeuge integrieren lassen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe dient erfindungsgemäß ein ETCS-Bahnfahrzeug mit einer ETCS-Mobilfunkantennenanordnung in der On-Board-Unit gemäß Anspruch 12.
  • Mit dem erfindungsgemäßen ETCS-Bahnfahrzeug sind sinngemäß die gleichen Vorteile verbunden, wie sie eingangs zum erfindungsgemäßen Verfahren aufgeführt sind.
  • Bei dem erfindungsgemäßen ETCS-Bahnfahrzeug wird ein an sich bekannter nichtsicherheitsrelevanter Vorverarbeitungsrechner in der On-Board-Unit verwendet, um die ETCS-Zustandsinformationen zu gewinnen, wobei die Steuerungslogik in unterschiedlicher Weise angeordnet sein kann. So kann es vorteilhaft sein, die Steuerungslogik in den nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner zu integrieren.
  • Es kann aber auch vorteilhaft sein, wenn ein die Steuerungslogik umfassender, separater Rechnerbaustein vorgesehen ist, der auch den ETCS-Antennenumschalter enthält.
  • Der separate Rechnerbaustein kann dabei als eine Baugruppe dem nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner zugeordnet sein.
  • Andererseits kann es auch vorteilhaft sein, den ETCS-Antennenumschalter auf einer externen Baugruppe anzuordnen und mittels einer drahtgebundenen Schnittstelle mit dem nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner zu verbinden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen ETCS-Bahnfahrzeug kann in vorteilhafter Weise im Antennenweg zwischen dem ETCS-Antennenumschalter und dem weiteren Mobilfunkgerät eine Antennensignalweiche angeordnet sein, wobei diese eine passive Antennensignalweiche sein kann.
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist in
    • Fig. 1
    ein Ausführungsbeispiel einer On-Board-Unit eines mit zwei ETCS-Mobilfunkgeräten ausgerüsteten ETCS-Bahnfahrzeugs,
    Fig. 2
    ein weiteres Ausführungsbeispiel eines ETCS-Bahnfahrzeugs mit einer externen Baugruppe mit ETCS-Antennenumschalter,
    Fig. 3
    ein zusätzliches Ausführungsbeispiel eines ETCS-Bahnfahrzeugs mit einem in die On-Board-Unit eines ETCS-Bahnfahrzeugs integrierten ETCS-Antennenumschalter und in
    Fig. 4
    ein ergänzendes Ausführungsbeispiel einer On-Board-Unit mit einer Antennensignalweiche
    dargestellt.
  • Figur 1 zeigt eine On-Board-Unit 1 eines nicht näher dargestellten ETCS-Bahnfahrzeugs, die in bekannter Weise mit einem signaltechnisch sicheren Rechner 2 und einem nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner 3 ausgerüstet ist. Mit dem nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner 3 ist einerseits ein ETCS-Mobilfunkgerät 4 verbunden und andererseits ein weiteres ETCS-Mobilfunkgerät 5. Die beiden ETCS-Mobilfunkgeräte 4 und 5 werden in der Regel benutzt, um in einen Überlappungsbereich die Funktion beider ETCS-Mobilfunkgeräte sicherzustellen.
  • Das eine ETCS-Mobilfunkgerät 4 ist mit einer ETCS-Antenne 6 verbunden, während das weitere ETCS-Mobilfunkgerät 5 über einen ETCS-Antennenumschalter 7 an eine weitere ETCS-Mobilfunkantenne 8 angeschlossen ist. Ferner verläuft zwischen dem nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner 3 und dem ETCS-Antennenumschalter 7 eine Verbindungsleitung 10, über die die Schaltstellung des ETCS-Antennenumschalters 7 von dem nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner 3 ermittelt wird; außerdem wird über die Verbindungsleitung 10 eine Ansteuerung des ETCS-Antennenumschalters 7 von dem nicht sicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner 3 vorgenommen.
  • Je nach Schaltstellung des ETCS-Antennenumschalters 7 wird ein Zugang zu der weiteren ETCS-Mobilfunkantenne 8 gewährleistet oder über einen weiteren Nachrichtenkanal 11 eine Verbindung zu einem Nicht-ETCS-Mobilfunkgerät 12 hergestellt bzw. zu anderen Bahndiensten ermöglicht, bezüglich der hier nur ein weiterer Nachrichtenkanal 13 schematisch dargestellt ist.
  • In dem nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner 3 ist eine Steuerungslogik - nicht im Einzelnen dargestellt - vorhanden, von der verschiedene ETCS-Zustandsinformationen ermittelt werden. Dabei bestehen die ETCS-Zustandsinformationen aus Informationen hinsichtlich des Zustandes, der Belegung und Kommunikationsanforderung der in der On-Board-Unit 1 des ETCS-Bahnfahrzeugs verwendeten Mobilfunkgeräte. So wird - wie eingangs bereits ausgeführt - der Zustand der GSM-R-Mobilfunkgeräte ermittelt, die Anzahl der aktuell genutzten Kommunikationsmöglichkeiten sowie aktuelle Verbindungsanforderungen, wie sie zur Streckenzentrale und von der Streckenzentrale vorhanden sind. Die Steuerungslogik des ETCS-Antennenumschalters 7 entscheidet im Hinblick auf die ETCS-Zustandsinformationen, ob eine ETCS-Mobilfunkantenne derzeit benötigt wird oder nicht. Ist ersteres der Fall, dann werden über die weitere ETCS-Mobilfunkantenne 7 Nachrichten übertragen bzw. empfangen. Anderenfalls wird in einer anderen Schaltstellung des ETCS-Antennenumschalters 7 der Nachrichtenkanal 13 zu weiteren Nicht-ETCS-Mobilfunkgeräten eröffnet bzw. Dienste eingerichtet.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ist ein Teil eines ETCS-Bahnfahrzeugs 20 mit einer On-Board-Unit 21 gezeigt. Mit der On-Board-Unit 21 ist ein GSM-R-Mobilfunkgerät 22 verbunden; außerdem ist an die On-Board-Unit 21 ein weiteres GSM-R-Mobilfunkgerät 23 angeschlossen. Auch besteht die Möglichkeit ein UMTS-/LTE-Mobilfunkgerät 24 zu verwenden.
  • Das weitere GSM-R-Mobilfunkgerät 23 ist mit einem Antennenumschalter 25 der On-Board-Unit 21 verbunden, wobei der Antennenumschalter 25 über eine drahtgebundene Schnittstelle 26 auch mit dem hier nicht gezeigten nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner der On-Board-Unit 21 zur Ermittlung der Schaltstellung des Antennen-Umschalters 25 und zur Ansteuerung dieses Umschalters verbunden ist. Sowohl das eine GSM-R-Mobilfunkgerät 22 ist mit einer GSM-R-Antenne 27 verbunden als auch der Antennen-Umschalter 25 an eine weitere GSM-R-Antenne 28 angeschlossen. Beide Antennen 27 und 28 strahlen ab und empfangen Nachrichten über das geschlossene GSM-R-Netz und über das öffentliche UMTS/LTE-Netzwerk 29.
  • Zur Ermittlung der Schaltstellung des ETCS-Antennenumschalters 25 und zu seiner Ansteuerung werden von der Steuerlogik im nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner der On-Board-Unit 21 die entsprechenden Informationen geliefert, wie es oben im Einzelnen dargelegt ist.
  • Die On-Board-Unit 21 steht in Verbindung mit einem geschlossenen GSM-R-Netzwerk und einem öffentlichen UMTS/LTE-Netzwerk 29.
  • In der Anordnung gemäß Figur 3 sind Teile, die denen nach Figur 2 entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es ist zu erkennen, dass ein wesentlicher Unterschied zwischen den beiden Ausführungsbeispielen 2 und 3 darin besteht, dass in der On-Board-Unit 30 der ETCS-Antennenumschalter 31 in integrierter Form vorhanden ist, so dass direkt in dem hier nicht dargestellten nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner der On-Board-Unit 30 die Schaltstellung dieses Antennenumschalters 31 und seine Ansteuerung erfolgen können. Ansonsten erfolgt die Umschaltung des ETCS-Antennenumschalters in derselben Weise wie es anhand der Figur 1 bereits erläutert worden ist.
  • In Figur 4 sind Elemente, die denen nach Figur 1 entsprechen, mit denselben Bezugszeichnen versehen. Es ist zu erkennen, dass hier im Antennenweg zwischen dem ETCS-Antennenumschalter 7 und dem Nicht-ETCS-Mobilfunkgerät 12 eine aktive Antennensignalweiche 41 zwischengeschaltet ist, die über eine Verbindung 42 mit einer Antennenspannung versorgt wird.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Betreiben einer ETCS (European Train Control System)-Mobilfunkantennenanordnung in einer On-Board-Unit (1) eines ETCS-Bahnfahrzeugs mit mindestens einer ersten ETCS-Mobilfunkantenne (6) mit einem angeschlossenen ersten ETCS-Mobilfunkgerät (4) sowie einer weiteren ETCS-Mobilfunkantenne (8), die mittels eines ETCS-Antennenumschalters (7) entweder mit einem weiteren ETCS-Mobilfunkgerät (5) oder mit einem weiteren Mobilfunkgerät (12) eines anderen nicht zu ETCS gehörenden Bahndienstes mit Kommunikationsbedarf über Mobilfunk verbunden wird, wobei mittels einer Steuerungslogik aus ETCS-Zustandsinformationen der On-Board-Unit (1) des ETCS-Bahnfahrzeugs die Schaltstellung des ETCS-Antennenumschalters (7) ermittelt und eine Ansteuerung des ETCS-Antennenumschalters (7) derart vorgenommen wird, dass, sobald ETCS Kommunikationsbedarf für die umschaltbare weitere ETCS-Mobilfunkantenne (8) hat, diese für ETCS bereitgestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die ETCS-Zustandsinformationen für die Steuerungslogik aus Informationen bezüglich Zustand, Belegung und Kommunikationsanforderungen des in der On-Board-Unit (1) des ETCS-Bahnfahrzeugs verwendeten Mobilfunkgeräts (5) gewonnen werden, wobei für Zustand, Belegung und Kommunikationsanforderungen
    • der Zustand der GSM-R-Mobilfunkgeräte, wie eingeschaltet, im GSM-R-Netz eingebucht und nicht verfügbar;
    • die Anzahl der aktuell genutzten Kommunikationsmöglichkeiten, wie GSM-R-Mobilfunkgeräte, GSM-R-Netze und
    • aktuelle Verbindungsanforderungen, wie zur Streckenzentrale, von der Streckenzentrale
    abgefragt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die ETCS-Zustandsinformationen mittels eines nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechners (3) der On-Board-Unit (1) des ETCS-Bahnfahrzeugs von der Steuerungslogik gewonnen werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass als Steuerungslogik eine in den nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner integrierte Steuerungslogik verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die ETCS-Zustandsinformationen mittels eines die Steuerungslogik umfassenden, separaten Rechnerbausteins gewonnen werden, der auch den ETCS-Antennenumschalter (7) enthält.
  6. Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass der separate Rechnerbaustein als eine Baugruppe des nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechners eingesetzt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der ETCS-Antennenumschalter (7) auf einer externen Baugruppe angeordnet und mittels einer drahtgebundenen Schnittstelle (10) mit dem nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner (3) verbindbar ist.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bildung von Umschaltbefehlen für den Antennenumschalter von der Steuerungslogik ETCS-interne Zustands- und Diagnoseinformationen herangezogen werden.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass im Antennenweg zwischen dem ETCS-Antennenumschalter (7) und dem weiteren Mobilfunkgerät (12) eine Antennensignalweiche (41) integriert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass als Antennensignalweiche (41) eine passive Antennensignalweiche verwendet wird.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass Ortsinformationen des ETCS-Bahnfahrzeugs von der Steuerungslogik berücksichtigt werden.
  12. ETCS-Bahnfahrzeug mit einer ETCS-Mobilfunkantennenanordnung in einer On-Board-Unit (1) mit mindestens einer ersten ETCS-Mobilfunkantenne (6) mit einem angeschlossenen ersten ETCS-Mobilfunkgerät (4) sowie einer weiteren ETCS-Mobilfunkantenne (8), die mittels einem ETCS-Antennenumschalter (7), entweder mit einem weiteren ETCS-Mobilfunkgerät (5) oder mit einem weiteren Mobilfunkgerät (12) eines anderen nicht zu ETCS gehörenden Bahndienstes mit Kommunikationsbedarf über Mobilfunk verbindbar ist, wobei mittels einer Steuerungslogik aus ETCS-Zustandsinformationen der On-Board-Unit (1) des ETCS-Bahnfahrzeugs die Schaltstellung des ETCS-Antennenumschalters (7) ermittelbar und eine Ansteuerung des ETCS-Antennenumschalters (7) derart vornehmbar ist dass, sobald ETCS Kommunikationsbedarf für die umschaltbare weitere ETCS-Mobilfunkantenne (8) hat, diese für ETCS bereitgestellt wird.
  13. ETCS-Bahnfahrzeug nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungslogik in einen nichtsicherheitsrelevanten Vorverarbeitungsrechner (3) der On-Board-Unit (1) integriert ist.
  14. ETCS-Bahnfahrzeug nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein die Steuerungslogik umfassender, separater Rechnerbaustein vorgesehen ist, der auch den ETCS-Antennenumschalter (7) enthält.
  15. ETCS-Bahnfahrzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass im Antennenweg zwischen dem ETCS-Antennenumschalter (7) und dem weiteren Mobilfunkgerät (12) eine Antennensignalweiche (41) angeordnet ist.
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