(57)【要約】電気エネルギー供給線でデータを伝送する際に、伝送すべき情報が多数の搬送波上に分割され、変調された搬送波信号の和信号がＯＦＤＭブロックの形態で伝送される直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）法は知られている。しかし標準ＯＦＤＭ法は強い周期的なパルス妨害者に対して高度に敏感である。従って、本発明によれば、本方法が、伝送すべきＯＦＤＭブロックが２つの周期的な妨害パルス間の間隔の約８５％の長さを有する。搬送波間隔はＯＦＤＭブロックの相互継続時間に相応して生じる。送信されるＯＦＤＭブロックは、各ブロックが２つの妨害パルス間に位置するようにパルス状の周期的な妨害信号と同期化される。受信器においては、パルス状の妨害信号は消去され得る。そのため装置は適当に構成された送信器（２０）と付属の受信器（３０）を有する。
2004531106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的にパルス状の妨害信号が生じ、それらの間にほぼ妨害のない期間が位置する少なくとも１つのエネルギー供給線でデータを伝送するための方法であって、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）法を使用して、伝送すべき情報が複数の搬送波上に分割され、すべての変調された搬送波の和信号がＯＦＤＭブロックの形態で伝送される方法において、ＯＦＤＭ法が、伝送すべきＯＦＤＭブロックがパルス状の妨害信号の周期時間の大部分を満たし、２つの連続するＯＦＤＭブロック間にほぼ妨害信号の継続時間の休止時間が守られるように行われ、送信されるＯＦＤＭブロックの位置がパルス状の周期的な妨害信号と同期化されて、ＯＦＤＭブロックが２つの周期的な妨害パルスの間に位置し、パルス状の妨害信号が受信器において適当な回路により消去されることを特徴とする少なくとも１つのエネルギー供給線のデータ伝送方法。
【請求項２】
ＯＦＤＭブロックがパルス状の妨害信号の周期時間の約８５％の長さを満たし、２つの連続するＯＦＤＭブロック間に妨害信号の約１５％の休止時間を守ることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
周期的に繰り返す妨害パルスと送信および受信との間の同期化がパルス検出のためのしきい値スイッチを介して行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
送信器において位相同期ループのパルス妨害者列への介入の後にしきい値スイッチがデータの送信中不能動化され、妨害パルスが期待される時間にのみ適切な時間窓が開かれることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
同期化の際にジッタを抑制するためアナログまたはディジタルの位相同期ループが使用されることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項６】
ＯＦＤＭ信号が妨害パルスを消去するための回路を妨げられずに通過し得ることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項７】
連結ユニットと受信器との間にインピーダンスが取り付けられ、妨害者がインピーダンスの後での受信線の短絡により消去されることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項８】
妨害パルスが受信器から連結ユニットを切り離すことにより消去されることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項９】
周期的に繰り返す妨害パルスがＯＦＤＭ送信器およびＯＦＤＭ受信器の粗同期化のために利用されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
最初のＯＦＤＭブロックが受信器の精同期化のために利用され、精同期化に続いてトレーニングシーケンスが伝送され、それに利用情報を担うＯＦＤＭブロックが続くことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１１】
送信器および受信器を有する、請求項１または請求項２ないし１０のいずれか１つによる方法を実施するための装置において、送信器（２０）および受信器（３０）が付属の連結ユニット（２４、３１）を有するＯＦＤＭ信号に対する処理ユニット（２１、３８）を有し、送信信号の周期的な妨害パルスとの同期化のための手段（２３、３３）が存在していることを特徴とする装置。
【請求項１２】
同期化のための手段が、送信器（２０）および受信器（３０）における、後段に接続されている位相同期ループ（２３ｂ、３３ｂ）を有するしきい値スイッチ（２３ａ、３３ａ）であり、送信器のしきい値スイッチが位相同期ループの介入の後に、妨害パルスが期待される期間においてのみ能動的であることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
送信器（２０）においてＯＦＤＭ信号に対する処理ユニット（２１）の後に増幅器（２２）が接続されていることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１４】
受信器（３０）がＯＦＤＭ信号に対する処理ユニット（３８）および連結ユニット（３１）を有することを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１５】
連結ユニット（３１）の後にフィルタ（３１）、インピーダンス（３４）および短絡器（３５）が接続されていることを特徴とする請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
連結ユニット（３１）の後にフィルタ（３２）およびインピーダンスなしの直列回路内のスイッチが接続されていることを特徴とする請求項１４記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、例えば整流器における転流過程により周期的にパルス状の妨害信号が生じ、それらの間にほぼ妨害のない期間が位置する少なくとも１つのエネルギー供給線を経てデータを伝送するための方法であって、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）法の使用のもとに、伝送すべき情報が複数の搬送波上に分割され、すべての変調された搬送波の和信号がブロックの形態で伝送される方法に関する。それとならんで本発明は、本方法を実施するための付属の装置に関する。本方法および本装置は、特に直流電圧軌道電流供給に利用し得るものであるが、それに限定されるものではない。
【０００２】
電気エネルギー線上のデータ伝送は知られている。特に交通技術ではこのようなデータ伝送は、たとえば自動列車制御または信号制御を実現するために特に有用である。
【０００３】
従来の技術では、電気エネルギー線でデータを伝送するために広帯域の伝送法が使用される。その際に特に、伝送すべき情報を非常に多くの互いに直交する搬送波上に分割し、すべての変調された搬送波の和信号をいわゆるＯＦＤＭブロックの形で伝送するＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）法が有利に使用される。それによれば妨害抑制の目的で使用されるフィルタは帯域通過特性を有していなければならず、帯域通過の幅は少なくともＯＦＤＭ和信号の必要な帯域幅に相当する。
【０００４】
特に直流電流供給の際には、整流器による直流電圧発生に基づいて、以下では妨害者または一般的に妨害パルスと呼ばれる特に周期的な妨害信号が生ずる。
【０００５】
周期的な妨害パルスは整流器における電流の転流により生じる。整流器のなかの電力用変換装置構成要素または弁、通常はダイオードまたはサイリスタ、は直流電流を交互に導く。１つの弁から他の弁への直流電流の切り換わりの際に弁の間のインダクタンスにより、約４００ｋＶ／ｓのオーダーの電圧上昇と結び付けられている電圧ピークが生ずる。転流時点は交流電流回路網の周波数により決定されるので、妨害パルスは特定の時間的なラスターで、すなわち周期的に、生ずる。
【０００６】
従って、本発明の課題は、特に直流電圧エネルギー供給に応用可能な適切なデータ伝送方法および付属の装置を提供することである。
【０００７】
この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴により解決される。構成は従属する方法請求項にあげられている。本発明による方法を実施するための装置は請求項９の対象である。本装置の構成はそれに従属する請求項にあげられている。
【０００８】
本発明では、冒頭にあげた問題が、簡単な仕方で、ＯＦＤＭ法が、伝送すべきＯＦＤＭブロックが２つの周期的な妨害パルスの間の間隔の約８５％の長さを有するように行われることによって解決される。搬送波の直交性を保証するため、２つの搬送波の周波数差はＯＦＤＭブロックの長さの逆数に対して整数比になければならない。
【０００９】
たとえばＯＦＤＭブロックは、１２パルスの整流器により給電される直流電圧エネルギー供給では８５％×１．６７ｍｓ＝１．４ｍｓの長さを有していなければならないであろう。それから約７００Ｈｚの搬送波間隔が引き出され、その結果例えば２２ｋＨｚの帯域幅で３２の周波数が利用可能である。４位相偏移変調（ＱＰＳＫ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）の際にはこうして各ＯＦＤＭブロックあたり６４ビットが伝送され得る。その際に送られるＯＦＤＭブロックの位置は、ＯＦＤＭブロックが正確に２つの妨害パルスの間に位置し、それによってほぼ妨害なしの期間に送られるように、パルス状の周期的な妨害者と同期化される。受信器におけるパルス状の妨害者は適切な回路により消去され、しかしその際に妨害者の間に位置しているＯＦＤＭ信号は妨げられずに通過し得る。
【００１０】
最初のＯＦＤＭブロックを、それがいわゆるプリアンブルを含んでいることによって、受信器の同期化のために利用することは目的にかなっている。続いてオプションにより、定められた内容を有するいわゆるトレーニングシーケンスがそれぞれＯＦＤＭブロックで伝送される。それに利用情報を担うＯＦＤＭブロックが続く。
【００１１】
本発明の特に有利な構成では、妨害パルスの定められた位置がＯＦＤＭ送信器およびＯＦＤＭ受信器の粗同期化のために利用される。
【００１２】
本発明は、直流電圧により運転される交通技術、特に地下鉄システム、都市鉄道または路面鉄道に有利に使用可能である。しかし基本的に本方法の使用は近距離交通システムの直流電圧網に制限されるものではない。電流供給網によるデータ伝送の際に妨害を減ずるための本発明による方法は、電流供給網が周期的な妨害を有するときに常に使用することができる。このことは一般的に直流電圧網に対して、またしばしば交流電圧網に対しても当てはまる。
【００１３】
本発明の他の詳細および利点は、請求項と結び付けての以下の図面による説明から明らかになる。
【００１４】
地下鉄の電流供給線では、エネルギー供給に付加してデータが伝送されなければならない。電力線通信（Ｐｏｗｅｒｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ：ＰＬＣ）とも呼ばれるこの技術は、伝送すべき情報を適当な搬送波上に変調し、変調積を地下鉄システムの供給電圧に重畳する。
【００１５】
地下鉄は例えば７５０Ｖの定格直流電圧により運転される。一般に直流電圧を１２パルスの整流器により得るのが通常であり、この整流器は一方で電力用変換装置変圧器から給電される。この場合１２パルスの整流器は２つの６パルスの整流器から成っており、これらは２つの互いに３０°電気的にずらされた電力用変換装置変圧器の巻線から給電される。電力用変換装置変圧器は一次側で５０Ｈｚの系統周波数を有する一般的な電力供給源と接続されている。ここで説明される方法は制限なしに例えば６０Ｈｚのような他の周波数でも使用可能である。
【００１６】
一般に地下鉄システムは、線路に沿って約２ｋｍの間隔で設置されている複数の整流器を含んでいる。すべての整流器が地下鉄システムに共通に給電し、地下鉄システムの電流母線を経て電気的に互いに接続されている。
【００１７】
問題設定をさらに明らかにするため、図１は例として２０ｍｓの時間にわたる軌道直流電圧の測定された時間的経過を示す。電圧信号は符号１を付されている。直流電圧が一定ではなく、それどころか約８０Ｖまでの変動に曝されていることがわかる。
【００１８】
特に整流器における電流の転流の際には２０ｍｓ／１２＝１．６７ｍｓ（５０Ｈｚ給電の場合）の間隔で、典型的に５０Ｖの振幅を有する急峻な電圧跳躍が生ずる。その結果として生ずる広帯域の妨害は数１００ｋＨｚの周波数まで達し、それによって電力線通信システムの周波数範囲内に存在する。
【００１９】
図１から、軌道電圧の急峻な電圧跳躍により生じる妨害はフィルタによっては部分的にしか抑制され得ないことがわかる。なぜならば、常にスペクトル的な妨害エネルギーの一部分が帯域通過を通過し得るからである。こうして高価なフィルタ回路によっても軌道電圧の電圧跳躍が１０％しか低減されず、従って典型的に５Ｖである。こうしてフィルタの後に常になおかなりの振幅の電源同期の周期的なパルス妨害者が存在している。
【００２０】
ＰＬＣシステムの受信器に到着する利用信号は区間の伝達特性および送信器の距離に関係しており、制限された可能な送信電力のゆえに数１０ｍＶないしたかだか約１Ｖの大きさに過ぎない。従ってパルス状の妨害信号は常に利用信号よりも高く、それによって非常に悪いＳＮ比（ＳＮＲ＝信号対雑音比）が生ずる。
【００２１】
一方ではいま受信器は妨害信号のレベルに対して設計されていなければならない。なぜならば、受信器の過制御は受信される情報の歪み及び従って誤りを生じるからである。他方では妨害信号および利用信号の相異なるレベルは受信器の動特性に高い要求を課する。こうして５Ｖの妨害信号に対し１０ｍＶの利用信号の弁別のためだけに９ビットの分解能が必要である。利用信号自体が８ビットの分解能で受信されるべきであれば、受信器は全体として１７ビットの分解能を有しなければならない。このことは必要な速度において市販の構成要素によっては不可能であり、または非常に高い費用をかけてのみ可能である。
【００２２】
さらに妨害者により、ＰＬＣシステムに通常であり且つ必要でもある自動利得制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＧＣ）の使用が少なからず妨げられ、または不可能である。
【００２３】
図２には送信器２０が示されており、この送信器は後続の増幅器２２を有するＯＦＤＭ処理ユニット２１から成っている。しきい値スイッチを使用して直流電圧の切離しの後に妨害パルスが捕捉され、長方形の案内信号として、アナログにまたは好ましくはディジタルにも構成され得る位相同期ループ（ＰＬＬ＝Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）に供給される。位相同期ループの課題は高周波のジッターを抑制することであり、その結果ＯＦＤＭ処理ユニットが、データパケットを正確に妨害パルスの間に置くため、安定した同期化信号を妨害パルスの時間ラスターにおいて得る。パルス妨害者列へのＰＬＬの介入の後に、しきい値スイッチをデータの送り出しの間は不能動化し、妨害パルスが期待される時間にのみ適切な時間窓を開くことは有利であり、その結果ＰＬＬが直接的に送信器出力端において大きい振幅に達し得る固有の送信信号により影響されず、妨害パルスラスターにのみ固定される。
【００２４】
その後に地下鉄のレールシステム２５への連結のための連結ユニット２４が続く。交通技術的な装置に対する他の電流供給網も利用され得る。
【００２５】
送信器２０においてデータ信号は、個々のデータブロックが特定の安全間隔をもってそれぞれ２つの妨害パルスの間を通過するように、分割される。こうしてデータ信号は常に妨害なしの期間に送り出され、妨害パルスラスターへの精密な時間的相関がしきい値スイッチ３３ａおよび後続の位相同期ループ３３ｂから成る上記の組み合わせにより作られる。
【００２６】
図３では受信器３０が図２からのレールシステムに対する連結ユニット３１から形成され、それにフィルタ３２、インピーダンス３４および短絡器３５が続く。
【００２７】
短絡器３５に自動利得制御（ＡＧＣ＝Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）が従来の技術に相応して続く。ＡＤ変換器３７を経てデータがＯＦＤＭ信号に対する処理ユニット３８に与えられる。
【００２８】
ここでも系統側のしきい値スイッチを使用して妨害パルスが捕捉され、長方形状の案内信号として位相同期ループ（ＰＬＬ）にジッター抑制の目的で供給される。
【００２９】
妨害パルスの時間ラスターにおける位相同期ループからの安定な同期化信号は、いま一方では短絡器３５に、また他方ではＯＦＤＭ信号に対する処理ユニット３８に供給される。短絡器はこうして受信信号を正確に妨害パルスが継続する長さに抑制し、妨害パルス間の妨害なしの期間が開始すると直ちに受信器入力端をレリーズする。安定な同期化信号により、ＯＦＤＭ信号に対する処理ユニット３８に処理すべきデータパケットの正確な時間的位置が知られ、その結果申し分のないデータ回収が行われ得る。
【００３０】
前段に接続されているインピーダンス３４を有するフィルタ３２の出力線のなかの短絡器３５の代わりに、並列枝路にスイッチを使用することもできる。インピーダンス３４はこの場合には必要とされない。
【００３１】
インピーダンス３４を介してのデカップリングの後に、妨害パルスは例えば、信号線が例えばトランジスタの形態のアナログスイッチを介して短絡されることにより、ＯＦＤＭ処理ユニットから切り離される。前述のように、電子的なスイッチを直列に設け、パルス妨害の間は後段に対応付けられる信号処理をフィルタ出力端から切り離すことも可能である。
【００３２】
信号は、信号をＡＤ変換のために最適に決められたレベルに増幅する自動利得制御（ＡＧＣ）を有する増幅器３６に供給される。後続の処理ユニットにおいて、分割された信号がまとめられ、従来技術に相応してデコードされる。
【００３３】
重要なことは、以上に説明された方法および付属の装置では、それ自体は公知のＯＦＤＭ法が分割、すなわちデータのいわゆるパーティショニング、によりモディファイされること、一層詳細には、伝送がほぼ妨害なしの期間においてのみ行われることである。そのために周期的なパルス妨害者との送信過程の同期化が行われ、それがそれぞれ正確に妨害パルス間に送られる。相応して受信器において妨害パルスの検出および消去が行われる。ＯＦＤＭ信号処理の後に、分割されたデータのまとめが可能である。
【００３４】
本発明を以上に特に地下鉄用の直流電圧供給の際のデータ伝送に対して説明した。直流電圧により作動する他の系統、たとえば開閉設備の固有給電のための直流電圧系統、においても本発明は使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
地下鉄システムに対する直流電圧の時間的経過を示す線図である。
【図２】
図１による直流電圧経過の際のデータ伝送のための装置の送信器部分の接続図である。
【図３】
図１による直流電圧経過の際のデータ伝送のための装置の受信器部分の接続図である。
【符号の説明】
１  電圧信号
２０  送信器
２１  ＯＦＤＭ処理ユニット
２２  増幅器
２３ａ  しきい値スイッチ
２３ｂ  位相同期ループ
２４  連結ユニット
２５  レールシステム
３０  受信器
３１  連結ユニット
３２  フィルタ
３３ａ  しきい値スイッチ
３３ｂ  位相同期ループ
３４  インピーダンス
３５  短絡器
３６  増幅器
３７  ＡＤ変換器
３８  処理ユニット
【国際公開パンフレット】
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2004531106.tif 000004
2004531106.tif 000005
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2004531106.tif 000012
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2004531106.tif 000014
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2004531106.tif 000017
2004531106.tif 000018
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004531106.tif 000019
2004531106.tif 000020
【国際調査報告】
2004531106.tif 000021
2004531106.tif 000022
2004531106.tif 000023
2004531106.tif 000024
2004531106.tif 000025
2004531106.tif 000026