выявление ошибочных сигналов в железнодорожной системе радиосвязи

Формула изобретения

1. Железнодорожная система (10) радиосвязи состава с распределением мощности для передачи сообщений между головным (14) и дистанционно управляемыми (12, 13) локомотивами в составе, предназначенная для организации работы с распределением мощности локомотивов (12, 13, 14) в составе, причем система радиосвязи содержит: источник (30, 32) информации, имеющий радиосвязь с одним из локомотивов; и

по меньшей мере одно обрабатывающее устройство (50) для формирования информационных слов (41) в ответ на информацию, поступающую от источника (30, 32) информации, для формирования одного или более слов (42) выявления ошибок из информационных слов, которые включаются в информационные слова, и для формирования битов (43, 44) геометрического контроля четности из информационных слов и одного или более слов выявления ошибок.

2. Система (10) радиосвязи по п.1, в которой биты (43, 44) геометрического контроля четности подбирают из битов (43) контроля четности по горизонтали, битов (44) контроля четности по вертикали и битов (43, 44) контроля четкости и по горизонтали, и по вертикали.

3. Система (10) радиосвязи по п.1, которая также содержит передатчик (28) для передачи модулированного сигнала на несущей, в которой информационные слова (41), слова (42) выявления ошибок и биты (43, 44) геометрического контроля четности содержат каскадное множество двоичных разрядов и в которой каскадное множество двоичных разрядов модулирует сигнал на несущей для формирования сигнала с модуляцией на несущей.

4. Система (10) радиосвязи по п.1, в которой слова выявления ошибок формируются с использованием циклического избыточного полиномиального кода.

5. Система (10) радиосвязи по п.4, в которой степень циклического избыточного полиномиального кода составляет 16.

6. Система (10) радиосвязи по п.5, в которой циклический избыточный полиномиальный код имеет форму g(X)=1+X²+X¹⁵ +X¹⁶.

7. Система (10) радиосвязи по п.5, в которой циклический избыточный полиномиальный код имеет форму q(X)=1+X⁵+X¹² +X¹⁶.

8. Система (10) радиосвязи по п.1, в которой биты (43, 44) геометрического контроля четности содержат биты (43) контроля четности по горизонтали и биты (44) контроля четности по вертикали, и в которой биты (43) контроля четности по горизонтали определяются по четности информационных слов (41) и одного или более слов (42) выявления ошибок, и в которой биты (44) контроля четности по вертикали определяются по четности столбцов битов, причем столбец битов содержит выровненные по вертикали биты из информационных слов (41) и одного или более слов (42) выявления ошибок.

9. Система (10) радиосвязи по п.8, в которой биты (43) контроля четности по горизонтали определяются перед определением битов (44) контроля четности по вертикали таким образом, что биты (44) контроля четности по вертикали обеспечивают проверку по четности битов (43) контроля четности по горизонтали.

10. Система (10) радиосвязи по п.8, в которой биты (44) контроля четности по вертикали определяются перед определением битов (43) контроля четности по горизонтали таким образом, что биты (43) контроля четности по горизонтали обеспечивают проверку по четности битов (44) контроля четности по вертикали.

11. Система (10) радиосвязи по п.1, которая также содержит декодирующее устройство (60) в одном из локомотивов (12, 13, 14) для приема сообщения и для определения наличия ошибок в сообщении, в которой, реагируя на ошибку, выявленную декодирующим устройством (60), локомотив (12, 13, 14) отклоняет сообщение.

12. Система (10) радиосвязи по п.11, в которой декодирующее устройство (60) определяет геометрический контроль четности информационных слов (41) и одного или более слов (42) выявления ошибок и в которой ошибка выявляется, если определенная четность не равна предварительно заданной четности.

13. Система (10) радиосвязи по п.11, в которой декодирующее устройство (60) формирует генерированные слова выявления ошибок как реакцию на информационные слова (41) и сравнивает генерированные слова выявления ошибок с одним или более принятых слов (42) выявления ошибок для определения, была ли выявлена ошибка.

14. Система (10) радиосвязи по п.1, в которой сообщение передается от первого локомотива (12, 13, 14) второму локомотиву (12, 13, 14) и в которой при приеме сообщения вторым локомотивом (12, 13, 14) биты (43, 44) геометрического контроля четности выявляют первый класс ошибок, которые могут появляться в сообщении в ходе передачи, и одно или более слов (42) выявления ошибок выявляют второй класс ошибок, которые могут появляться в сообщении в ходе передачи.

15. Система (10) радиосвязи по п.1, в которой обрабатывающее устройство содержит:

буфер (52) для формирования информационных слов (41) как реакции на информацию, полученную от источника;

анализатор (54) кода для формирования одного или более слов (42) выявления ошибок как реакции на информационные слова (41) и

генератор (56, 58) битов геометрического контроля четности для формирования битов (43, 44) геометрического контроля четности как реакции на информационные слова (41) и одно или более слов (42) выявления ошибок.

16. Железнодорожная система (10) радиосвязи состава с распределением мощности для передачи сообщений между головным (14) и дистанционно управляемыми (12, 13) локомотивами в составе, предназначенная для организации работы с распределением мощности локомотивов (12, 13, 14) в составе, причем система радиосвязи содержит:

источник (30, 32) информации, имеющий радиосвязь с одним из локомотивов (12, 13, 14);

расположенные на головном локомотиве по меньшей мере одно обрабатывающее устройство (50) для формирования информационных слов (41) как реакции на информацию от источника (30, 32) информации и для формирования битов (42) выявления ошибок из информационных слов (41), которые включаются в информационные слова, и для формирования битов (43, 44) геометрического контроля четности из информационных слов и одного или более слов выявления ошибок;

и передатчик (28), реагирующий на информационные слова (41) и биты (42) выявления ошибок для формирования и передачи сообщения дистанционно управляемому локомотиву (12, 13), причем передатчик (28) включает в сообщение указатель способности выявлять ошибки.

17. Система (10) радиосвязи по п.16, в которой указатель способности выявлять ошибки находится в первом состоянии, если головной локомотив (14) включает одно или более слов циклического избыточного кода в биты (42) выявления ошибок, и во втором состоянии, если головной локомотив (14) не включает одно или более слов циклического избыточного кода в биты (42) выявления ошибок.

18. Система (10) радиосвязи по п.16, в которой сообщение принимается дистанционно управляемым локомотивом (12, 13) и ответное сообщение передается головному локомотиву (14) и в которой в качестве реакции на указатель способности выявления ошибок ответное сообщение включает ответный указатель способности выявления ошибок, имеющий первое состояние, если дистанционно управляемый локомотив (12, 13) способен выявлять ошибки при взаимодействии с головным локомотивом (14), и имеющий второе состояние, если дистанционно управляемый локомотив (12, 13) не способен выявлять ошибки при взаимодействии с головным локомотивом (14).

19. Система (10) радиосвязи по п.18, в которой ответный указатель способности выявлять ошибки находится в первом состоянии, если ответное сообщение включает одно или более слов контроля при помощи циклического избыточного кода, и во втором состоянии, если ответное сообщение не включает одно или более слов контроля при помощи циклического избыточного кода.

20. Железнодорожная система (10) радиосвязи состава с распределением мощности для передачи сообщений между железнодорожными локомотивами (12, 13, 14) первого типа и железнодорожными локомотивами (12, 13, 14) второго типа, в которой сообщение, переданное от железнодорожных локомотивов (12, 13, 14) первого типа, включает первый код (42) выявления ошибок в сообщении и второй код (43, 44) выявления ошибок, сформированный из и первого кода выявления ошибок, и сообщения, и сообщение, переданное от железнодорожных локомотивов (12, 13, 14) второго типа, включает только первый код выявления ошибок и не включает второй код выявления ошибок, при этом система радиосвязи содержит:

сообщение, передаваемое от передающего локомотива (12, 13, 14), причем передающий локомотив (12, 13, 14) представляет собой локомотив (12, 13, 14) первого типа, и при этом сообщение указывает, что сообщение передано от локомотива (12, 13, 14) первого типа; и

при этом сообщение принимается принимающим локомотивом (12, 13, 14), причем принимающий локомотив (12, 13, 14) представляет собой локомотив (12, 13, 14) первого типа, и при этом от принимающего локомотива (12, 13, 14) передающему локомотиву (12, 13, 14) передается ответное сообщение, обозначающее, что принимающий локомотив (12, 13, 14) является локомотивом (12, 13, 14) первого типа, и при этом первый и второй коды (42, 43, 44) выявления ошибок используются принимающим локомотивом (12, 13, 14) для выявления ошибок в принятом сообщении.

21. Система (10) радиосвязи по п.20, в которой сообщение принимается принимающим локомотивом (12, 13, 14), и в которой принимающий локомотив (12, 13, 14) представляет собой локомотив (12, 13, 14) второго типа, и в которой от принимающего локомотива (12, 13, 14) посылается ответное сообщение передающему локомотиву (12, 13, 14), обозначающее, что принимающий локомотив (12, 13, 14) является локомотивом (12, 13, 14) второго типа, и в которой в принимающем локомотиве (12, 13, 14) используется только первый код выявления ошибок для выявления ошибок в принятом сообщении.

22. Система (10) радиосвязи по п.20, в которой первый код выявления ошибок содержит код (43, 44) геометрического контроля четности и в которой второй код выявления ошибок содержит циклический избыточный контрольный код (42).

23. Железнодорожная система (10) радиосвязи состава с распределением мощности для передачи сообщений между головным (14) и дистанционно управляемыми локомотивами (12, 13) в составе и ретрансляционной станцией (26) для организации работы с распределением мощности локомотивов (12, 13, 14) в составе, причем система (10) радиосвязи содержит:

источник (30, 32) информации, имеющий радиосвязь с одним из локомотивов (12, 13, 14); и

обрабатывающее устройство (50) для формирования информационных слов (41) как реакции на информацию, принятую от источника (30, 32), для формирования одного или более слов (42) выявления ошибок из информационных слов (41), которые включаются в информационные слова, и формирования битов (43, 44) геометрического контроля четности из комбинации из информационных слов (41) и одного или более слов (42) выявления ошибок;

при этом сообщение (40) содержит информационные слова (41), слова (42) выявления ошибок и биты (43, 44) геометрического контроля четности, и в которой информационные слова (41) дополнительно содержат бит повтора;

расположенный на головном локомотиве (14) передатчик (28) для передачи сообщения на ретрансляционную станцию (29);

расположенный на ретрансляционной станции (29) приемопередатчик (28) для приема сообщения и для формирования в качестве реакции на него ретранслируемого сообщения, причем ретранслируемое сообщение содержит вложенный бит повтора и биты геометрического контроля четности ретранслятора, при этом приемопередатчик (28) передает сообщение от ретранслятора дистанционно управляемым локомотивам (12, 13);

расположенный на дистанционно управляемых локомотивах (12, 13) приемник (28) для приема сообщения от ретранслятора, реагируя на вложенный бит повтора, сбрасывает бит повтора перед формированием слов (42) выявления ошибок как реакции на информационные слова (41) для определения появления ошибки в сообщении.

24. Способ формирования сообщения (40) в системе (10) радиосвязи состава с распределением мощности для головного (14) и дистанционно управляемых (12, 13) локомотивов в составе, причем способ содержит:

формирование информационных битов (41);

формирование (80) контрольных слов (42) выявления ошибки из информационных битов (41);

формирование (82, 84) битов (43, 44) геометрического контроля четности из комбинации из информационных битов (41) и контрольных слов (42) выявления ошибки, при этом биты (43, 44) геометрического контроля четности подбирают из битов (43) контроля четности по горизонтали, битов (44) контроля четности по вертикали и битов контроля четности и по горизонтали (43), и по вертикали (44); и

при этом операция (80) формирования одного или более контрольных слов выявления ошибок содержит формирование одного или более контрольных слов (42) выявления ошибок с использованием циклического избыточного полиномиального кода.

25. Способ по п.24, по которому степень циклического избыточного полиномиального кода составляет 16.

26. Способ по п.24, по которому циклический избыточный полиномиальный код имеет форму g(X)=1+X ²+Х¹⁵+Х¹⁶.

27. Способ по п.24, по которому циклический избыточный полиномиальный код имеет форму q(X)=1+X⁵+X ^l2+X¹⁶.

28. Способ по п.24, по которому информационные биты (41) и контрольные слова (42) выявления ошибок содержат множество байтов и в котором в ходе операций (82, 84) формирования битов геометрического контроля четности формируются биты геометрического контроля четности из кодового блока, содержащего множество рядов и столбцов, и при этом каждый ряд содержит один из множества байтов.

29. Способ по п.28, по которому биты (43, 44) геометрического контроля четности определяются по четности рядов и столбцов кодового блока.

30. Способ по п.29, по которому биты (43, 44) геометрического контроля четности содержат биты контроля четности по горизонтали (43) и по вертикали (44) и по которому биты (43) контроля четности по горизонтали определяются по четности рядов кодового блока и биты (44) контроля четности по вертикали определяются по четности столбцов кодового блока.

31. Способ по п.30, по которому биты (43) контроля четности по горизонтали определяются по кодовому блоку перед определением битов (44) контроля четности по вертикали таким образом, что биты (44) контроля четности по вертикали обеспечивают контроль четности битов (43) контроля четности по горизонтали.

32. Способ по п.30, по которому биты (44) контроля четности по вертикали определяются по кодовому блоку перед определением битов (43) контроля четности по горизонтали таким образом, что биты (43) контроля четности по горизонтали обеспечивают контроль четности битов (44) контроля четности по вертикали.

Приоритет по пунктам:

17.10.2001 по пп.1, 2, 4-7, 11-13, 20, 22, 24-27;

17.10.2002 по пп.3, 8 10, 14-19, 21, 23, 28-32.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение имеет приоритет по дате предварительной заявки на патент, зарегистрированной 17 октября 2001 года под номером 60/329984.

Настоящее изобретение относится в целом к железнодорожным системам радиосвязи, более конкретно к подсистемам выявления ошибок, работающим в сочетании с железнодорожными системами радиосвязи.

Системы радиосвязи (для передачи речевых сигналов или сигналов данных) для составов, имеющих головной элемент и один или более дистанционно управляемых элементов или группы дистанционно управляемых элементов, известны. Такую компоновку, в которой локомотивы распределены в железнодорожном составе, называют компоновкой с распределением мощности и, таким образом, систему связи называют системой связи в составе с распределением мощности. В целом, одним или более дистанционно управляемых элементов или групп дистанционно управляемых элементов управляют командами из головного элемента, передаваемыми в системе связи. Канал радиосвязи также передает ответные сигналы от дистанционно управляемых элементов, как реакцию на команды головного элемента. Кроме того, инженер в головном элементе принимает во внимание некоторые важные тревожные ситуации и рабочие параметрические данные дистанционно управляемых элементов для обеспечения точной и безопасной работы состава.

Поскольку многие из сообщений, передаваемых между головным и дистанционно управляемыми элементами в движущемся составе, относятся к надлежащим командам тяги и торможения, они должны приниматься надежно и точно, даже при многочисленных изменениях рабочих условий и условий окружающей среды, которые влияют на надежность канала связи. Кроме того, требуется точность и надежность сигналов, передаваемых между составом и различными стационарными объектами, такими как диспетчерский центр, центр контроля и диагностики локомотива, сортировочная станция или погрузочная/разгрузочная станция и путевые устройства.

На фиг.1 схематически показан состав 18 и система 10 связи состава с распределением мощности для передачи сигналов управления и контроля между одним или более дистанционно управляемыми элементами 12 и 13 и головным элементом 14 (фиг.1). В другом варианте, который не показан, функции, выполняемые головным элементом 14, выполняет вместо него диспетчерская башня, откуда команды выдаются (непосредственно или через головной элемент) диспетчером всем локомотивам состава. В пределах дистанции радиосвязи состава 18 может быть расположен внешний ретранслятор 26 для ретрансляции сигналов связи, передаваемых между головным элементом 14 и дистанционно управляемыми элементами 12 и 13, когда непосредственная связь между головным элементом 14 и дистанционно управляемыми элементами затруднена, например, когда состав 18 движется в тоннеле. Головной элемент 14, дистанционно управляемые элементы 12 и 13, внешний ретранслятор 26 и диспетчерская башня (не показана) снабжены приемопередатчиком 28 (и антенной 29) для приема и передачи сигналов радиосвязи. Приемопередатчик 28 головного элемента соединен с головным контроллером 30 для выдачи команд управления дистанционно управляемым элементам 12 и 13 и для реагирования на входные сигналы от дистанционно управляемых элементов 12 и 13. Каждый из дистанционно управляемых элементов 12 и 13 и внешний ретранслятор 26 включает дистанционно управляемый контроллер 32, реагирующий на сигнал от приемопередатчика 28 головного элемента 14 для выполнения команд головного элемента. Контроллер 32 может также инициировать передачу сообщений головному элементу 14 для сообщения информации о состоянии и о тревожных ситуациях.

В одном варианте выполнения существующей железнодорожной системы связи канал связи является одноканальной полудуплексной линией связи с шириной полосы пропускания 3 кГц. Каждая передача сообщения содержит кодовое слово из последовательного потока битов, а также содержит информационные биты и биты обнаружения ошибок, выведенные из геометрической схемы обнаружения ошибок, и модуляцию сигнала на несущей в соответствии с известной техникой модуляции с частотной манипуляцией. Типы, содержание и формат различных сообщений, передаваемых в системе 10 радиосвязи, подробно описаны в патентах США №№ 5039038 и 4582580, озаглавленных "Железнодорожная система связи" и включенных сюда в качестве ссылочного материала. Элементы системы и форматы сообщений предназначены для получения защищенного канала для передачи информационных сигналов с малой вероятностью приема сообщения, искаженного в ходе передачи. Система также была предназначена для обеспечения малой вероятности помех со стороны других головных и дистанционно управляемых элементов на том же радиоканале и в пределах дистанции радиопередачи.

Состав 18 также включает множество вагонов 20, которые отделяют головной элемент 14 от дистанционно управляемых элементов 12 и 13. Вагоны 20 соединены тормозной магистралью 22, от которой поступает сигнал торможения как реакция на падение давления в тормозной магистрали и сигнал прекращения торможения как реакция на рост давления. Давление в тормозной магистрали контролирует контроллер 24 пневматической тормозной системы, расположенный в головном элементе 14 и в любом или во всех дистанционно управляемых элементах 12 и 13.

Каждое сообщение содержит информационные байты или слова и биты обнаружения ошибок. Как известно в данной области техники, включение битов обнаружения ошибок позволяет приемнику обнаруживать ошибочные биты, которые могут появляться в ходе передачи по каналу с помехами, за счет увеличения объема служебных сигналов сообщения. В варианте выполнения системы 10 радиосвязи известного уровня техники биты обнаружения ошибок построены в геометрическом формате как биты контроля четности по горизонтали и по вертикали. Каждый информационный байт проверяется на отрицательную или положительную четность, и при необходимости добавляется дополнительный бит для соответствия состоянию отрицательной или положительной четности. Этот дополнительный бит называют битом четности по горизонтали. Каждое сообщение также включает бит четности по вертикали, который формируется для создания избирательной отрицательной или положительной четности для каждого столбца в сообщении, когда столбцы формируются посредством помещения рядом слов или байтов налагающимися рядами и определения четности битов в каждом столбце. Когда четность в каждом столбце определена, формируется вертикальный байт четности для обеспечения отрицательной или положительной четности для столбца.

На фиг.2 показан пример, в котором заданы отдельные биты для информационных слов A-D. Эти биты показаны для иллюстрации и не представляют законченное сообщение, передаваемое в системе 10 радиосвязи. Каждое слово содержит восемь информационных битов, обозначенных цифрами 0-7. Столбец, обозначенный буквами "НР", является битами горизонтальной четности. В примере избрана отрицательная четность, и, таким образом, значения в столбце НР подобраны так, чтобы обеспечивать получение нечетного числа в каждом ряду или так, чтобы в каждом байте была отрицательная четность. Четность по вертикали устанавливается словом в ряду "VP", и в этом примере оно подобрано для получения четного числа в каждом столбце.

Биты четности по горизонтали и по вертикали используются принимающим элементом системы 10 радиосвязи для выявления появления ошибок в сообщении при его передаче по каналу. При приеме сообщения головным элементом 14 или дистанционно управляемыми элементами 12 или 13 соответствующий приемопередатчик 28 демодулирует принятый сигнал с получением последовательного потока двоичных данных без модуляции и разделяет поток данных на отдельные байты. Пригодный контроллер 30 или 32 выявляет четность по горизонтали демодулированных байтов, когда они разделены. Для определения четности по вертикали байты располагаются в форме блока, например, как показано на фиг.2 (следует отметить, что формирование кодового блока, как показано на фиг.2, носит иллюстративный характер. Нет необходимости в построении блока, когда четность по вертикали может быть определена посредством буферизации отдельных битов таким образом, что буферизованные биты можно анализировать, как если бы они были ориентированы в столбец). Если принятые слова имеют правильную четность по вертикали и по горизонтали, исполняется команда или сообщение, представленное информационным сегментом без модуляции. Если четность нарушена, принимающий элемент отклоняет сообщение и ответ не передается. Если инициирующий головной элемент (или диспетчерская башня) не принимает адекватный ответ от каждого элемента, которому было направлено сообщение, сообщение передается повторно. В принимающем элементе повторно переданное сообщение вновь демодулируется и обрабатывается в ходе операций выявления ошибок.

В течение большей части интервалов радиосвязи состав находится в движении. Таким образом, канал радиосвязи может прерываться или ослабевать, когда искусственные или естественные препятствия возникают на линии связи между передающим и принимающим элементами при движении состава по рельсовому пути. Кроме того, сигнал радиосвязи может прерываться, когда между передающим и принимающим элементами теряется прямая видимость. Такие прерывания канала могут вызывать возникновение ошибок в принятом сообщении. В ходе работы описанной выше системы радиосвязи состава с распределением мощности известного уровня техники наблюдалось, что некоторые четырехразрядные ошибки в принятом сообщении могут не быть обнаружены. Существует значительная статистическая вероятность невыявления ошибок при наличии более четырех ошибочных битов. Если в принимающем элементе ошибки не выявлены, могут возникать проблемы в работе состава. Например, если головной элемент 14 передает команду торможения дистанционно управляемым элементам, и команда искажена при передаче, но созданные искажением ошибки имеют невыявляемую конфигурацию, то команда может быть интерпретирована как достоверная, но торможение не будет выполнено дистанционно управляемыми элементами 12 и 13.

Пример невыявленных ошибок, которые могут возникать при применении геометрической схемы контроля четности, показан на фиг.3. К одному классу невыявляемых ошибок относится четное число ошибок в четном количестве рядов, когда ошибки возникают в одних столбцах в пределах каждого ряда. Для упрощения на фиг.3 показано только пять рядов информационных слов, причем каждое слово содержит восемь битов плюс бит горизонтальной четности (НР) и бит вертикальной четности (VP). Была избрана проверка на нечетность. Ошибочные биты перечеркнуты, и значение ошибочного бита записано над зачеркнутым знаком. Ошибка возникает, когда бит 0 принят как бит 1 (или наоборот) вследствие помех и других канальных эффектов. Как можно видеть при проверке четности каждого ряда и столбца после появления отмеченных ошибок, биты четности по горизонтали и по вертикали все же отображают пять правильных информационных слов, несмотря на четыре ошибочных бита. Такие невыявленные ошибки могут вызвать серьезные проблемы в работе, поскольку дистанционно управляемые элементы 12 и 13 не примут правильную команду или данные, переданные от головного элемента 14, и не способны определить, что возникла ошибка.

Реализация получения дополнительной способности выявлять ошибки для уменьшения вероятности приема ошибочных битов ограничена большим количеством рабочих локомотивов (головных элементов 14 и дистанционно управляемых элементов 12 и 13), в которых в настоящее время используется описанная выше геометрическая схема контроля четности известного уровня техники, и тем требованием, что все локомотивы локомотивного парка должны быть способными взаимодействовать. Процесс формирования состава, имеющего несколько локомотивов для получения достаточной тяговой мощности, соответствующей предназначению состава, является сложным процессом, который можно еще более усложнить дополнительной проблемой способности к взаимодействию системы радиосвязи локомотива. Таким образом, невозможно снизить частоту появления ошибочных битов просто посредством модернизации системы 10 радиосвязи только изолированных отдельных локомотивов, чтобы включить один из известных более результативных способов выявления ошибок, поскольку локомотивы, работающие с существующей геометрической схемой контроля четности, в этом случае не смогут взаимодействовать с локомотивами, в которых используется более новая схема выявления ошибок. Модернизация всех локомотивов во всей Североамериканской железнодорожной сети за короткий период времени проблематична. Такая конверсия может быть трудоемкой, обременительной и дорогостоящей задачей в свете большого количества задействуемых локомотивов, их географического распространения и разных владельцев железнодорожных компаний.

Таким образом, сохраняется проблема получения схемы выявления ошибок, которая снижает частоту появления ошибочных битов до уровня, который ниже обеспечиваемого существующей геометрической схемой контроля четности, с одновременным обеспечением способности к взаимодействию с системами радиосвязи, в которых используется существующая геометрическая схема контроля четности.

Для улучшения способности к выявлению ошибок в системе радиосвязи состава с распределением мощности настоящее изобретение предлагает использование дополнительных битов обнаружения ошибок, которые формируют часть передаваемой информации и могут применяться в комбинации с существующими геометрическими схемами битов контроля четности. Это позволяет декодировать переданное слово приемником, который имеет дополнительную способность к выявлению ошибок с большей точностью и надежностью. Одновременно дополнительные биты обнаружения ошибок игнорируются принимающим элементом, который не оснащен средствами для обработки дополнительных битов обнаружения ошибок. В предпочтительном варианте осуществления изобретения для получения дополнительных битов обнаружения ошибок применяется контроль с использованием циклического избыточного полиномиального кода.

Указанные и другие признаки изобретения будут очевидны при ознакомлении с нижеследующим более конкретным описанием изобретения, проиллюстрированным прилагаемыми чертежами, на которых одинаковые ссылочные номера относятся к одинаковым частям на всех разных фигурах. Чертежи необязательно выполнены в масштабе, вместо этого акцент сделан на иллюстрировании принципов изобретения.

Фиг.1 - блок-схема железнодорожного состава, с которым могут применяться принципы настоящего изобретения;

фиг.2 - таблица, иллюстрирующая биты данных в блочном формате;

фиг.3 - блок данных, иллюстрирующий невыявленные ошибки согласно схеме известного уровня техники;

фиг.4 - блок данных, иллюстрирующий биты обнаружения ошибок в соответствии с принципами настоящего изобретения;

фиг.5 и 6 - блок-схемы кодирующего устройства и декодирующего устройства, соответствующих принципам настоящего изобретения; и

фиг.7 и 8 - схемы последовательности операций способов кодирования и декодирования, соответствующих настоящему изобретению.

Перед подробным описанием конкретной системы железнодорожной радиосвязи, соответствующей настоящему изобретению, следует отметить, что настоящее изобретение относится большей частью к новой комбинации элементов аппаратного обеспечения и операций способа, относящейся к обнаружению ошибок в данных. Соответственно элементы аппаратного обеспечения и операции способа представлены обычными элементами на чертежах, показывающих только те конкретные детали, которые имеют отношение к настоящему изобретению, чтобы не перегружать описание структурными деталями, которые будут легко понятны специалисту в данной области техники, получающему пользу от приведенного здесь описания.

Для улучшения способности выявлять ошибки системы 10 радиосвязи, относящейся к работе состава с распределением мощности, геометрический код, описанный выше, дополнен контролем при помощи циклического избыточного кода (CRC) или укороченного циклического кода.

Существенное усовершенствование характеристик по снижению количества невыявленных ошибок происходит в основном вследствие использования разных и независимых схем создания контроля при помощи циклического избыточного кода и геометрического обнаружения ошибочных битов. Две схемы оптимизированы для выявления разных конфигураций ошибок в данных. Биты геометрического контроля построены на основе четности сообщения, когда оно расположено блоком, и, таким образом, некоторые ошибки остаются невыявленными, как показано выше на фиг.3. Биты контроля при помощи циклического избыточного кода формируются из остатка, полученного делением смещенных информационных битов на многочлен генератора кода, такого как один из многочленов генератора кода, указанных ниже. Таким образом, биты контроля при помощи циклического избыточного кода выявляют невыявленные ошибки, показанные на фиг.3. В одном варианте осуществления изобретения комбинация геометрических битов выявления ошибок и битов контроля при помощи циклического избыточного кода улучшает способность выявления ошибок приблизительно на шесть порядков величины по сравнению с использованием только битов геометрического контроля четности.

Кроме того, дополнительные биты обнаружения ошибок, генерированные при контроле при помощи циклического избыточного кода, включаются в информационный сегмент сообщения так, что биты проверки вертикальной и горизонтальной четности "обернуты вокруг" информационных битов и битов контроля при помощи циклического избыточного кода. На фиг.4 показано иллюстративное сообщение 40, включающее информационные биты 41 и биты 42 контроля при помощи циклического избыточного кода. Биты 43 контроля четности по горизонтали сформированы на основе четности рядов информационных битов 41 и битов 42 контроля при помощи циклического избыточного кода. В данном примере избрана проверка на нечетность. Биты 45 контроля четности по вертикали (проверки на нечетность) формируются на базе столбцов информационных битов 41, битов 42 контроля при помощи циклического избыточного кода и битов 43 контроля четности по горизонтали.

В локомотивах, снабженных средствами контроля при помощи циклического избыточного кода, используются как биты геометрического контроля четности, так и биты контроля при помощи циклического избыточного кода для выявления ошибок в сообщениях. В локомотивах, не снабженных средствами контроля при помощи циклического избыточного кода, могут использоваться только биты геометрического контроля четности с игнорированием битов контроля при помощи циклического избыточного кода как посторонних "информационных" битов, которые не требуется обрабатывать. Хотя локомотивы, не снабженные средствами контроля при помощи циклического избыточного кода, не могут обладать преимуществом дополнительной способности выявления ошибок в сообщении, они могут выявлять ошибки, основанные на геометрическом контроле четности, и, таким образом, могут взаимодействовать с локомотивами, снабженными средствами контроля при помощи циклического избыточного кода (и другими локомотивами, не снабженными средствами контроля при помощи циклического избыточного кода).

Известно, что циклические коды основаны на производящем многочлене, и что степень многочлена равна числу контрольных битов, включенных в поток битов для выполнения функции выявления ошибок. Типичный производящий многочлен, пригодный для использования с системой 10 радиосвязи состава с распределением мощности, представляет следующее:

g(X)=1+X²+X ¹⁵+X¹⁶

Таким образом, производящий многочлен производит 16 контрольных битов для выявления ошибок в потоке информационных битов. Когда циклический код, генерированный в соответствии с указанным выше производящим многочленом, присоединен к описанному выше геометрическому коду, обеспечивается существенное улучшение характеристик по частоте появления невыявленных ошибок. В другом варианте в качестве производящего многочлена служит производящий многочлен кода в форме:

g(X)=1+X ⁵+X¹²+X ¹⁶

В соответствии с одним вариантом выполнения системы 10 радиосвязи состава с распределением мощности, сообщение, передаваемое по каналу, содержит 20-32-байтовое информационное поле плюс 1-байтовое слово проверки на четность по вертикали. Таким образом, кодовое слово имеет суммарную длину от 21 до 33 байтов. Если предположить, например, что 21-байтовое кодовое слово пополнено двумя байтами циклического избыточного кода в соответствии с настоящим изобретением, то передаваемое кодовое слово будет содержать 18 информационных байтов (144 бита), один бит контроля четности по горизонтали для каждого информационного байта (18 битов), 2 байта (16 битов) контроля при помощи циклического избыточного кода и 9 битов контроля четности по вертикали. Два байта контроля при помощи циклического избыточного кода проверяют все информационные байты и бит контроля четности по горизонтали, связанный с каждым информационным байтом. Байт контроля четности по вертикали проверяет байты контроля при помощи циклического избыточного кода и байты контроля четности по горизонтали. Суммарный размер сообщения составляет 189 битов с 45 битами контроля четности. Применяется 29 геометрических битов контроля четности (9 битов контроля четности по вертикали и 18 битов контроля четности по горизонтали) плюс 16 битов контроля при помощи циклического избыточного кода.

В ситуации, когда система 10 радиосвязи включает один локомотив, снабженный средствами контроля при помощи циклического избыточного кода, и один локомотив, не снабженный средствами контроля при помощи циклического избыточного кода, в локомотиве, снабженном средствами контроля при помощи циклического избыточного кода, для обнаружения ошибок используется 49 битов обнаружения ошибок, то есть битов контроля при помощи циклического избыточного кода, битов контроля четности по горизонтали и битов контроля четности по вертикали. В локомотиве, не снабженном средствами контроля при помощи циклического избыточного кода, используются только биты (29 битов) контроля четности по вертикали и по горизонтали, и игнорируются биты контроля при помощи циклического избыточного кода.

В разных вариантах осуществления изобретения порядок, в котором формируются два байта контроля при помощи циклического избыточного кода, биты контроля четности по горизонтали и биты контроля четности по вертикали, может меняться. Таким образом, согласно одному варианту осуществления изобретения сначала формируются байты контроля при помощи циклического избыточного кода, за которыми следуют биты контроля четности по горизонтали и затем по вертикали. В другом варианте осуществления изобретения сначала формируются байты контроля при помощи циклического избыточного кода, за которыми следуют биты контроля четности по вертикали и затем по горизонтали. В обоих таких вариантах слова контроля при помощи циклического избыточного кода обрабатываются как часть информации по отношению к последующему формированию битов контроля четности по вертикали и по горизонтали (в обоих порядках). Таким образом, это техническое решение отличается от обычной схемы обнаружения ошибок, согласно которой кодовые слова обнаружения ошибок или биты прилагаются к информационным битам и рассматриваются как отдельный объект для отдельной обработки в принимающем пункте.

Внедрение характеристик способности осуществлять контроль при помощи циклического избыточного кода во все системы радиосвязи составов с распределением мощности, работающие в существующих локомотивах, займет некоторое время. Для этого периода времени, когда будут в действии системы радиосвязи составов с распределением мощности как без средств контроля при помощи циклического избыточного кода, так и со средствами контроля при помощи циклического избыточного кода, целесообразно, как было указано выше, разработать систему выявления ошибок, которая может взаимодействовать с системами со средствами контроля при помощи циклического избыточного кода и без средств контроля при помощи циклического избыточного кода. Когда эти существующие системы будут модернизированы или заменены, могут быть полностью внедрены характеристики контроля при помощи циклического избыточного кода. Для обеспечения этого взаимодействия формат сообщения включает бит, отображающий, способен ли локомотив осуществлять контроль при помощи циклического избыточного кода.

Когда инициируется сеанс связи, головной элемент 14 обозначает способность контроля при помощи циклического избыточного кода посредством вложения в сообщение бита, указывающего на способность контроля при помощи циклического избыточного кода, и включения в сообщение кодовых слов контроля при помощи циклического избыточного кода. Если обработка в режиме контроля при помощи циклического избыточного кода доступна для принимающего элемента, то есть либо одного из дистанционно управляемых элементов 12 и 13, либо обоих, кодовые слова контроля при помощи циклического избыточного кода используются для обнаружения ошибок в принятом сообщении. Кроме того, указательный бит вкладывается в ответное сообщение, и ответное сообщение включает кодовые слова контроля при помощи циклического избыточного кода, генерированные как описано выше, то есть ответ также приспособлен для контроля при помощи циклического избыточного кода.

Если принимающий элемент не снабжен средствами контроля при помощи циклического избыточного кода, бит, указывающий на способность контроля при помощи циклического избыточного кода, содержащийся в сообщении от головного элемента 14, не действует и игнорируется, байты контроля при помощи циклического избыточного кода игнорируются, когда принимающий элемент декодирует принятое сообщение, и принимающий элемент передает ответ без указания на способность контроля при помощи циклического избыточного кода, то есть бит указания на способность контроля при помощи циклического избыточного кода не вкладывается в ответное сообщение, и байтов контроля при помощи циклического избыточного кода в нем также нет. Отсутствие вложенного бита в ответном сообщении означает для головного элемента 14, что принимающий элемент не снабжен средствами контроля при помощи циклического избыточного кода, и, таким образом, будущие сообщения для этого принимающего элемента не кодируются для контроля при помощи циклического избыточного кода. Предпочтительно схема выявления ошибок, соответствующая настоящему изобретению, согласно которой биты контроля при помощи циклического избыточного кода обрабатываются как часть данных или информации относительно последующего формирования битов контроля по вертикали и по горизонтали, позволяет принимающему элементу просто игнорировать слова контроля при помощи циклического избыточного кода, одновременно продолжая использовать биты контроля четности по горизонтали и по вертикали для выявления ошибок.

Эта конфигурация позволяет локомотивам, не снабженным средствами контроля при помощи циклического избыточного кода, принимать сообщения от локомотива, снабженного средствами контроля при помощи циклического избыточного кода, и сохранять способность выявления ошибок в принятом сообщении с использованием битов контроля четности по горизонтали и по вертикали. Таким образом, локомотивы, не снабженные средствами контроля при помощи циклического избыточного кода, и снабженные средствами контроля при помощи циклического избыточного кода, могут взаимодействовать, при этом выявление ошибок обеспечивается при помощи битов контроля четности по горизонтали и по вертикали. Два локомотива, снабженных средствами контроля при помощи циклического избыточного кода, могут поддерживать связь с выявлением ошибок, обеспечиваемым как при помощи битов контроля четности по горизонтали и по вертикали, так и битов контроля при помощи циклического избыточного кода. С другой стороны, сообщение с добавлением битов контроля при помощи циклического избыточного кода совместимо с сообщениями, не имеющими битов контроля при помощи циклического избыточного кода.

Если головной элемент 14 не снабжен средствами контроля при помощи циклического избыточного кода, то бит, обозначающий способность контроля при помощи циклического избыточного кода, не вкладывается в сообщение, и, реагируя на это, дистанционно управляемые элементы 12 и/или 13 отвечают сообщением без битов контроля при помощи циклического избыточного кода. Даже если дистанционно управляемые элементы 12 и/или 13 снабжены средствами контроля при помощи циклического избыточного кода, действие с контролем при помощи циклического избыточного кода подавляется при установлении связи с головным элементом 14, не снабженным средствами контроля при помощи циклического избыточного кода.

На фиг.5 в форме блок-схемы показано кодирующее устройство 50 для генерирования потока битов сообщения. Обычно кодирующее устройство 50 является одним из компонентов блока 30 или 32 управления в головном элементе 14 или в дистанционно управляемых элементах 12 и 13 соответственно. Кодирующее устройство 50 содержит обрабатывающее средство, выполняющее все функции, относящиеся к формированию информационных битов, битов контроля при помощи циклического избыточного кода и битов геометрического контроля четности, или множество обрабатывающих средств, каждое из которых выполняет одну из перечисленных функций. Кроме того, обрабатывающее средство может содержать универсальное обрабатывающее средство, запрограммированное для выполнения указанных функций, а также для выполнения других функций, выполняемых блоками 30 или 32 управления. В альтернативном варианте, можно использовать специальное обрабатывающее средство для обеспечения необходимых функциональных возможностей.

На фиг.5 обрабатывающие средства обозначены их функциональными признаками. Информационные биты поступают в буфер 52 при приеме их от других компонентов (не показаны) головного элемента 14 или дистанционно управляемых элементов 12 и 13 и вводятся в анализатор 54 контроля при помощи циклического избыточного кода для генерирования битов контроля при помощи циклического избыточного кода. Генератор 56 битов контроля четности по вертикали принимает информационные биты и биты контроля при помощи циклического избыточного кода для генерирования битов контроля четности по вертикали (проверки на нечетность или на четность), как описано выше. Полученные биты вводятся в генератор 58 битов контроля четности по горизонтали для генерирования битов контроля четности по горизонтали (проверки на нечетность или на четность). Выходное кодовое слово вводится в приемопередатчик 28 для модуляции на несущей и передачи принимающему элементу, то есть либо дистанционно управляемым элементам 12 и 13, либо головному элементу 14, либо и первым, и второму.

Хотя генератор 58 битов четности по горизонтали показан как отдельный компонент кодирующего устройства 50, в одном варианте осуществления изобретения эта функция выполняется аппаратным обеспечением приемопередатчика 28, например универсального асинхронного приемника/передатчика (UART), который преобразует множество параллельных потоков битов слов сообщения в единый последовательный поток битов для модуляции на несущей приемопередатчиком 28. В ходе этого процесса преобразования универсальный асинхронный приемопередатчик добавляет бит контроля четности по горизонтали.

Согласно другому варианту осуществления изобретения добавление горизонтального и вертикального кодовых слов выполняется в обратном порядке. То есть формируются информационные байты и байты контроля при помощи циклического избыточного кода, и формируется бит контроля четности по горизонтали (проверки нечетности или проверки четности) для каждого из этих байтов. Затем информационные байты и байты контроля при помощи циклического избыточного кода вместе с соответствующим битом контроля четности по горизонтали для каждого из них образно конфигурируются в кодовый блок, как показано матрицей, и определяется четность по вертикали каждого столбца матрицы, после чего добавляется бит контроля четности по вертикали, как определено выбором либо отрицательной четности, либо положительной четности по вертикали.

В любом из представленных здесь различных вариантов осуществления изобретения четности по горизонтали и по вертикали могут быть одинаковыми или разными. То есть обе могут быть отрицательными или положительными четностями. В альтернативном варианте, положительная четность может быть избрана для контроля четности по горизонтали при отрицательной четности по вертикали или наоборот.

В принимающем пункте выявление ошибок происходит в декодирующем устройстве 60, показанном в форме блок-схемы на фиг.6. Сообщение принимается и демодулируется приемопередатчиком 28. Принятые байты вводятся в анализатор 62 четности по горизонтали, где определяется четность по горизонтали каждого байта. Правильная четность (либо отрицательная, либо положительная) для байтов известна заранее. Таким образом, анализатор 62 четности по горизонтали определяет, правильная ли четность по горизонтали у каждого принятого байта.

Хотя анализатор 62 четности по горизонтали показан как отдельный компонент декодирующего устройства 60, в одном варианте осуществления изобретения процесс анализа четности по горизонтали выполняется универсальным асинхронным приемопередатчиком приемопередатчика 28 в ходе процесса преобразования принятого последовательного потока битов в параллельные потоки битов отдельных байтов.

Если четность по горизонтали байтов правильная, сообщение сохраняется в буфере 64. Отдельные слова принимает анализатор 66 четности по вертикали для определения четности каждого столбца и сравнения результата с известной правильной четностью по вертикали. Если четность по вертикали правильная, байты, сохраненные в буфере 64, принимает генератор 68 битов контроля при помощи циклического избыточного кода и генерирует биты контроля при помощи циклического избыточного кода в соответствии с принятым сообщением. Если генерированные биты контроля при помощи циклического избыточного кода соответствуют принятым битам контроля при помощи циклического избыточного кода, принятое сообщение с высокой степенью вероятности не содержит ошибок. Затем сообщение вводится в блок 30 или 32 управления, как необходимо, для дальнейшей обработки, согласующейся с содержанием сообщения.

В отношении описанного выше альтернативного варианта, в котором порядок добавления битов контроля четности по горизонтали и по вертикали обратный (то есть после бита контроля четности по горизонтали следует бит контроля четности по вертикали), порядок проверки четности принимающим элементом должен быть соответственно обратным.

В качестве альтернативы регенерации битов контроля при помощи циклического избыточного кода с использованием производящего многочлена и сравнения полученных битов контроля при помощи циклического избыточного кода с принятыми битами контроля при помощи циклического избыточного кода известно определение синдрома принятых контрольных битов, когда ненулевой синдром означает наличие одной или более ошибок в принятом сообщении.

Как описано выше, в некоторых рабочих ситуациях головной элемент 14 может не иметь возможности устанавливать связь непосредственно с одним или более дистанционно управляемых элементов 12 и 13 или наоборот. В этой ситуации ретрансляционная станция 26 служит для приема и ретрансляции сообщения между передающим и принимающим элементами. Согласно одному варианту выполнения системы 10 радиосвязи ретрансляционная станция 26 вкладывает заданный бит в принимаемое кодовое слово для обозначения сообщения, как ретранслируемое сообщение, после чего передает сообщение. Таким образом, сообщение, принятое ретранслятором, отличается от сообщения, переданного ретранслятором. В результате ретрансляционная станция 26 пересчитывает слово четности по вертикали и передает сообщение с набором битов повтора и пересчитанным контрольным словом четности по вертикали. В принимающем элементе (либо в головном элементе 14, либо в дистанционно управляемых элементах 12 и 13) сначала проверяется принятое контрольное слово четности по вертикали. Если оно правильное, принимающий элемент сбрасывает бит повтора перед обработкой в генераторе 68 битов контроля при помощи циклического избыточного кода. Этот технический прием обеспечивает то, что использование станции 26 ретрансляции не расстраивает работу битов контроля при помощи циклического избыточного кода.

В некоторых других рабочих ситуациях сообщение ретранслируется дистанционно управляемым элементом 12 или 13, и в сообщение вкладывается другой бит. Принимающий элемент манипулирует этими ретранслированными сообщениями таким же образом, как если бы сообщения были ретранслированы ретрансляционной станцией 26, как описано выше.

Использование буферов 52 и 64 может не требоваться во всех вариантах осуществления изобретения, например, когда некоторые схемы формирования сигнала четности и проверки четности могут работать "на лету", то есть, когда биты данных обрабатываются без необходимости сохранять биты.

На фиг.7 показана схема последовательности операций способа формирования кода обнаружения ошибок, осуществляемого передающим элементом, то есть либо головным элементом 14, либо одним или более из дистанционно управляемых элементов 12 и 13, либо ретранслирующим элементом. После формирования информационных битов сообщения надлежащим контроллером 30 или 32 в ходе операции 80 формируются биты контроля при помощи циклического избыточного кода. В ходе операции 82 на основе информационных битов и битов контроля при помощи циклического избыточного кода формируются биты контроля четности по вертикали. В ходе операции 84 формируется один бит контроля четности по горизонтали для каждого байта, включая информационные байты, байты контроля при помощи циклического избыточного кода и байты проверки четности по вертикали. В ходе операции 86 формируется поток битов из отдельных байтов и модулируется сигнал на несущей для передачи по каналу 10 радиосвязи. Как описано выше, порядок, в котором ведется проверка четности по горизонтали и по вертикали и назначается бит правильной четности, может быть изменен на обратный в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.

На фиг.8 показана блок-схема последовательности операций процесса анализа с использованием кода обнаружения ошибок, выполняемого принимающим элементом. В ходе операции 90 сообщение демодулируется, и формируется поток битов, полученный из демодулированного сигнала. В ходе операции 92 принятия решения либо одновременно с разделением потока битов на отдельные байты, либо после этого ведется анализ четности по горизонтали. Если четность по горизонтали одного или более байтов нарушена, в ходе операции 94 сообщение отклоняется. Если четность по горизонтали правильная, обработка продолжается операцией 96 принятия решения, в ходе которой ведется проверка четности по вертикали. Если четность по вертикали нарушена, обработка продолжается операцией 94. Если четность по вертикали правильная, в ходе операции 98 принятия решения формируются биты контроля при помощи циклического избыточного кода и сравниваются с принятыми словами контроля при помощи циклического избыточного кода. Если операция 98 принятия решения дает утвердительный ответ, принятое сообщение считается достоверным и направляется в контроллер 30 или 32 для исполнения. Как описано выше, в другом варианте осуществления изобретения порядок проверки четности по горизонтали и по вертикали может быть обратным.

Хотя изобретение было описано в связи с каналом радиосвязи между головным локомотивом и одним или более дистанционно управляемых локомотивов в составе с распределением мощности, принципы изобретения могут применяться для других каналов радиосвязи. В частности, в другом железнодорожном варианте применения кодирование с выявлением ошибок, соответствующее настоящему изобретению, можно использовать для создания канала радиосвязи между локомотивом и путевыми устройствами, центром контроля и диагностики локомотива и устройствами, управляемыми персоналом, работающим на сортировочной станции или в районе сортировочной станции.