專利名稱：鐵路通信系統(tǒng)中的信號差錯檢測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及鐵路通信系統(tǒng)，具體涉及一種與鐵路通信系統(tǒng)結(jié)合操作的差錯檢測子系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
用于火車的具有引導單元和一個或多個遠程控制單元或者多組遠程控制單元的(聲音或數(shù)據(jù)信號的)無線通信系統(tǒng)是公知的。機車分布在火車組成內(nèi)的這一結(jié)構(gòu)被稱為分布式動力操作，并因此所述通信系統(tǒng)被稱為分布式動力通信系統(tǒng)。通常，由來自引導單元的、經(jīng)由通信系統(tǒng)傳送的命令來控制一個或多個遠程單元或多組遠程單元。無線通信信道還傳送由遠程單元對引導單元命令的響應。另外，遠程單元中某些重要的警報狀態(tài)以及操作參數(shù)數(shù)據(jù)引起引導單元中的火車司機的注意，以確保精確和安全的火車操作。
由于在使火車運行的引導和遠程單元之間傳遞的許多消息涉及正確的牽引和制動命令，因此即使在影響通信鏈路的可靠性的多種變換操作和環(huán)境條件的情況下，它們也必須被可靠和精確的接收。另外，對于在火車和諸如調(diào)度中心、機車監(jiān)控和診斷中心、在車場(rail yard)或裝載/卸載設(shè)施中的人員和道旁設(shè)備的各種地面地點之間通信的信號也需要精確性和可靠性。
圖1示意性地圖解了火車18和用于在一個或多個遠程單元12和13以及引導單元14之間傳送控制和監(jiān)控信號的分布式動力通信系統(tǒng)10(圖1)。在未示出的另一個實施例中，引導單元14執(zhí)行的功能由在其中通過調(diào)度員(直接或經(jīng)過引導單元)向火車組成中的所有機車發(fā)出命令的控制塔來代替。場外(off-board)中繼器26可以被放置在火車18的無線電通信距離之內(nèi)，用來當諸如火車18正穿過隧道時在引導單元14和遠程單元之間直接通信受到阻礙時，中繼在引導單元14和遠程單元12和13之間傳送的通信信號。引導單元14、遠程單元12和13、場外中繼器26和控制塔(未示出)裝備有收發(fā)信機28(和天線29)，用來接收和發(fā)送通信信號。引導單元收發(fā)信機28與引導控制器30相聯(lián)系，引導控制器30發(fā)出命令以便控制遠程單元12和13以及對來自遠程單元12和13的輸入信號進行響應。遠程單元12和13的每一個以及場外中繼器26包括對來自引導單元14的收發(fā)信機28的信號作出響應的遠程控制器32，用于響應引導單元命令。控制器32還可以對至引導單元14的消息傳輸進行初始化，以通知狀態(tài)信息和警報條件。
在現(xiàn)有鐵路通信系統(tǒng)的一個實施例中，通信鏈路是單個具有3KHz帶寬的半雙工通信信道。每個消息傳輸包括一個串行位流代碼字，還包括從幾何差錯檢測方案得到的信息位和差錯檢測位，根據(jù)已知的頻移鍵控調(diào)制技術(shù)調(diào)制載波信號。在被公共擁有的、名稱都是“鐵路通信系統(tǒng)”的美國專利第5,039,038號和4,582.580號中詳細描述了經(jīng)由通信系統(tǒng)10傳送的各種消息類型、內(nèi)容和格式，所述美國專利通過引用結(jié)合于此。系統(tǒng)元件和消息格式試圖用來提供用于信息信號的安全傳輸鏈路，其具有接受傳輸期間被破壞的消息的較低概率。該系統(tǒng)還試圖使受到來自同一無線電信道上的和在無線電傳輸距離之內(nèi)的其他引導和遠程單元的干擾的概率較低。
火車18還包括多個車廂20，它們將引導單元14與遠程單元12和13相分離。車廂20通過制動管22相連接，該制動管響應制動管壓力下降而發(fā)出施加制動信號，和響應壓力增加而發(fā)出解除制動的信號。通過在引導單元14以及遠程單元12和13中的任何一個或全部中的氣閘控制器24來控制制動管中的壓力。
每個消息包括信息字節(jié)或字以及差錯檢測位。如本技術(shù)領(lǐng)域中所公知的，包含差錯檢測位允許以增加消息開銷為代價使接收機檢測經(jīng)由噪聲信道傳輸期間可能產(chǎn)生的位差錯。在通信系統(tǒng)10的現(xiàn)有技術(shù)實施例中，以幾何格式將差錯檢測位構(gòu)造為水平和垂直奇偶校驗位。對每個信息字節(jié)進行奇數(shù)或偶數(shù)奇偶校驗的檢驗，并且按照需要添加額外的位以滿足奇數(shù)或偶數(shù)奇偶校驗條件。這一額外的位被稱為水平奇偶校驗位。每個消息還包括一個垂直奇偶校驗字節(jié)，其被生成用來為消息中的每個列創(chuàng)建可選擇的奇數(shù)或偶數(shù)奇偶校驗，其中所述列是通過并置在疊加的行中的字或字節(jié)并且確定每個列中的位奇偶性而形成的。一旦確定了每個列的奇偶性，則形成垂直奇偶校驗字節(jié)以提供該列的奇數(shù)或偶數(shù)奇偶校驗。
圖2中示出了一個示例，其中列出了信息字A至D的各自的位。這些位僅僅是示例性的，并不是試圖代表經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)10傳送的完整的消息。每個字有八個信息位，標示為0至7。標示為“HP”的列是水平奇偶校驗位。在該示例中，選擇奇數(shù)奇偶校驗并且因此選擇HP列中的值，以確保每一行中出現(xiàn)奇數(shù)個1，或者每個字節(jié)具有奇數(shù)奇偶校驗。通過“VP”行中的字建立垂直奇偶校驗，并且在該示例中，選擇VP行中的字為確保每一列中出現(xiàn)偶數(shù)個1。
在通信系統(tǒng)10的接收單元使用水平和垂直奇偶校驗位，以確定當消息通過信道時是否出現(xiàn)了差錯。當引導單元14或遠程單元12或13接收到消息時，相關(guān)聯(lián)的收發(fā)信機28將接收到的信號解調(diào)為基帶二進制串行數(shù)據(jù)流并將該數(shù)據(jù)流分離為單獨的字節(jié)。可應用控制器30或32在解調(diào)的字節(jié)被分離時確定它們的水平奇偶性。為了確定垂直奇偶性，將字節(jié)排列為諸如圖2中所示的塊形式。(注意圖2的代碼塊形式僅僅是示意性的。當能夠通過緩沖單獨的位以致可以分析緩沖過的位就好像它們在一個列中一樣來確定垂直奇偶性時，不必構(gòu)造塊。)如果接收到的字具有正確的垂直和水平奇偶性，則執(zhí)行由基帶信息段代表的命令或消息。如果奇偶性不正確，則接收單元拒絕該消息并且不發(fā)送響應。如果啟動引導單元(或塔)沒有從作為消息的目標的每個單元接收到有效的響應，則重發(fā)消息。在接收單元，通過差錯檢測步驟再次解調(diào)和處理重發(fā)的消息。
在大多數(shù)通信區(qū)間中，火車是運動的。因此當火車經(jīng)過鐵軌時人造或自然建筑物或構(gòu)造物干擾發(fā)送和接收單元之間的通信路徑時，這些通信鏈路可能會損失或退化。同樣，當在發(fā)送和接收單元之間失去了瞄準線時，通信信號會被中斷。這樣的鏈路中斷會在接收信息中產(chǎn)生差錯。已經(jīng)注意到，在如上所述的現(xiàn)有技術(shù)的分布式動力通信系統(tǒng)的操作期間，不能檢測出接收到的消息中的某些四位差錯。還存在一個統(tǒng)計上很大的概率，即不檢測具有超過四個出錯的位的差錯。如果在接收單元沒有檢測出差錯，則會出現(xiàn)火車操作性問題。例如，如果引導單元14將制動命令發(fā)送至遠程單元，并且該命令在傳輸期間被破壞，但是所述破壞以一種不可檢測的差錯模式造成差錯，則該命令被解釋為有效命令，然而不在遠程單元12和13進行制動。
圖3中圖解了用現(xiàn)有技術(shù)的幾何奇偶校驗方案可能出現(xiàn)的未檢出的差錯的示例。一類不可檢測的差錯在偶數(shù)個行中產(chǎn)生偶數(shù)個差錯，其中在每一行的相同列中產(chǎn)生差錯。為了簡單起見，圖3僅圖解了五行的信息字，每個字包括八位，加上一個水平奇偶校驗位(HP)和一個垂直奇偶校驗位(VP)。選擇奇數(shù)奇偶校驗。刪去出錯的位并且在刪去標記之上寫上出錯位的值。當由于噪聲和其他信道影響而將所發(fā)送的0比特作為1比特接收時(或者反之亦然)，產(chǎn)生差錯。如在出現(xiàn)所指出的差錯之后通過檢驗每一行和列的奇偶性所能夠看到的，水平和垂直奇偶校驗位仍指示五個正確的信息字，盡管有四個出錯位。由于遠程單元12和13將不能接收正確的命令或從引導單元14發(fā)送的數(shù)據(jù)，但卻無法確定出現(xiàn)了差錯，這樣的未檢測到的差錯會產(chǎn)生嚴重的操作問題。
實現(xiàn)附加差錯檢測能力以減少位差錯概率受到目前利用上述的現(xiàn)有技術(shù)的幾何奇偶校驗方案的大量操作機車(引導單元14及遠程單元12和13)以及在一個車隊中的所有機車必須是能夠共同操作的這一要求的束縛。裝配具有多個機車以便具有足夠的動力來滿足火車的任務需要的火車的過程是一個復雜的過程，其將會由機車通信系統(tǒng)的互操作性的附加問題而變得更加困難。由于用傳統(tǒng)的幾何奇偶校驗方案操作的機車隨后將不能與使用較新的差錯檢測方案的機車共同操作，從而不可能通過簡單地升級僅僅是分離的、單獨的機車的通信系統(tǒng)10以包括已知的功能更加強大的差錯檢測方法中的一種來減少位差錯率。在短時間段內(nèi)升級遍及整個北美鐵路網(wǎng)絡(luò)的所有機車是有問題的?？紤]到所涉及的大量的機車、它們的地理分布以及各種鐵路公司所有者，這樣的轉(zhuǎn)換將是費時、繁重和昂貴的任務。
從而，遺留的問題是提供一種差錯檢測方案，其能夠?qū)⑽徊铄e率減少為低于用現(xiàn)有的幾何奇偶校驗方法所提供的位差錯率，同時提供與使用現(xiàn)有的幾何奇偶校驗方案的通信系統(tǒng)的互操作性。

發(fā)明內(nèi)容
為了改善分布式動力通信系統(tǒng)的差錯檢測能力，本發(fā)明講授了附加差錯檢測位的使用，其形成將被傳送的信息的一部分并且可以與現(xiàn)有的幾何奇偶校驗位方案結(jié)合操作。這使得將通過具有有著更高準確性和可靠性的附加差錯檢測能力的接收機來解碼發(fā)送的字。同時，未被配備為處理附加差錯檢測位的接收單元忽略附加差錯檢測位。在優(yōu)選實施例中，使用循環(huán)冗余碼多項式來提供附加的差錯檢測位。


從附圖中舉例說明的本發(fā)明的下面更加具體的描述中，本發(fā)明的上述和其他特征將變得更加清楚，在附圖中，貫穿不同附圖的，相同的參考符號表示相同的部件。附圖不必是按照比例的，而是重點在于圖解本發(fā)明的原理。
圖1是可以對其應用本發(fā)明的鐵路火車的方框圖；圖2是圖解塊形式的數(shù)據(jù)位的表；圖3是圖解根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)方案未檢測到的差錯的數(shù)據(jù)塊；圖4是圖解根據(jù)本發(fā)明的差錯檢測位的數(shù)據(jù)塊；圖5和6是根據(jù)本發(fā)明的編碼器和解碼器的方框圖；和圖7和8是根據(jù)本發(fā)明的編碼和解碼過程的流程圖。
具體實施例方式
在具體描述根據(jù)本發(fā)明的詳細鐵路通信系統(tǒng)之前，應當注意到本發(fā)明主要屬于涉及數(shù)據(jù)差錯檢測的方法步驟和硬件元件的新結(jié)合。因此，在附圖中用傳統(tǒng)的元件來表示硬件元件和方法步驟，僅示出屬于本發(fā)明的那些特定的細節(jié)，從而不會因從此處的描述獲得益處的本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地明白的結(jié)構(gòu)細節(jié)而使本發(fā)明公開內(nèi)容含混不清。
為了改善與鐵路火車的分布式操作相關(guān)聯(lián)的通信系統(tǒng)10的差錯檢測能力，用循環(huán)冗余校驗(CRC)碼或縮短的循環(huán)碼來增加上述幾何碼。
未檢測出的差錯性能的實質(zhì)改善主要是由于開發(fā)CRC和幾何差錯檢測位的不同和獨立的方案。最優(yōu)化這兩種方案以檢測不同模式的數(shù)據(jù)差錯。當以塊排列時基于消息的奇偶性來構(gòu)造幾何位，因而如上面在圖3中所圖解的差錯未被檢測到。從將移位的信息位除以諸如下面闡述的多個代碼生成多項式之一的代碼生成多項式產(chǎn)生的余項來形成CRC位。從而CRC位檢測在圖3中圖解的未檢測出的差錯。在一個實施例中，幾何差錯檢測位和CRC位的結(jié)合將差錯檢測能力改善為優(yōu)于單獨使用幾何奇偶校驗大約六個數(shù)量級。
此外，由CRC碼生成的附加差錯檢測位包含在消息的信息段內(nèi)，所述附加差錯檢測位具有“環(huán)繞”信息位和CRC位的垂直和水平奇偶校驗位。圖4圖示了示例性消息40，包括信息位41和CRC位42?；谛畔⑽?1和CRC位42的行的奇偶校驗形成水平奇偶校驗位43。對于這一示例選擇奇數(shù)奇偶校驗?；谛畔⑽?1、CRC位42以及水平奇偶校驗位43的列形成垂直奇偶校驗位45(奇數(shù)奇偶校驗)。
這樣配備了CRC的機車利用幾何奇偶校驗位和CRC位來檢測消息差錯。未配備CRC的機車能夠僅使用幾何奇偶校驗位，將CRC位忽略為不需要處理的簡單的無關(guān)“信息”位。盡管未配備CRC的機車不能利用消息中的附加差錯檢測能力，但是他們能夠基于幾何奇偶校驗來檢測差錯，從而能夠與配備了CRC的機車(以及其他未配備CRC的機車)共同操作。
已知循環(huán)碼是基于生成多項式的，并且多項式的次數(shù)與在位流中包括的用于提供差錯檢驗功能的檢驗位的數(shù)目相等。適合于分布式動力通信系統(tǒng)10使用的生成多項式的一個示例為g(X)＝1+X2+X15+X16這樣，這一生成多項式產(chǎn)生16個檢驗位以檢測信息位流中的差錯。當根據(jù)上面的生成多項式生成的循環(huán)碼被附加于上述的幾何校驗碼時，在未檢測到的差錯率性能上有顯著的改善。在另一個實施例中，將具有下面的形式的代碼生成多項式用作生成多項式g(X)＝1+X5+X12+X16根據(jù)分布式動力通信系統(tǒng)10的一個實施例，經(jīng)由鏈路傳輸?shù)南ㄒ粋€20-32字節(jié)的信息字段加上一個1字節(jié)的垂直奇偶校驗字。從而總的代碼字為21至33字節(jié)長。假設(shè)，例如用本發(fā)明的兩個循環(huán)冗余檢驗(CRC)碼字節(jié)來增大21字節(jié)的代碼字，則傳送的代碼字包括18個信息字節(jié)(144位)、每個信息字節(jié)1個水平奇偶校驗位(18位)、2字節(jié)(16位)的循環(huán)冗余檢驗位、和9個垂直奇偶校驗位。兩個CRC字節(jié)檢驗所有的信息字節(jié)和與每個信息字節(jié)相關(guān)的水平奇偶校驗位。垂直奇偶校驗字節(jié)檢驗CRC字節(jié)和水平奇偶校驗字節(jié)。總的消息長度為具有45個奇偶校驗位的189位。有29個幾何奇偶校驗位(9個垂直和18個水平)加上16個CRC檢驗位。
在通信系統(tǒng)10包括一個有CRC能力的機車和一個沒有CRC能力的機車的情況下，有CRC能力的機車使用49個差錯檢測位，即CRC位、水平奇偶校驗位和垂直奇偶校驗位來執(zhí)行差錯檢測。未配備CRC的機車僅使用垂直和水平奇偶校驗位(29位)并忽略CRC位。
在各個實施例中，形成兩個CRC檢驗字節(jié)、水平奇偶校驗位和垂直奇偶校驗位的順序是可以互換的。從而，根據(jù)一個實施例，首先形成CRC檢驗字節(jié)，隨后是水平奇偶校驗位，然后是垂直奇偶校驗位。在另一個實施例中，首先形成CRC檢驗字節(jié)，隨后是垂直奇偶校驗位，然后是水平奇偶校驗位。在這樣的兩個實施例中，相對于隨后形成的垂直和水平奇偶校驗位(以任意一種順序)，CRC檢驗字被作為信息的一部分。因此這一技術(shù)不同于傳統(tǒng)的差錯檢測方案，在所述傳統(tǒng)差錯檢測方案中，將差錯控制碼字或位添加到信息位中，并在接收地點將其作為單獨處理的單獨的實體。
需要花費一定的時間來完成在所有現(xiàn)今的機車上操作的分布式動力通信系統(tǒng)中實現(xiàn)CRC差錯檢驗能力。由于在一個時期內(nèi)，非CRC和CRC分布式動力通信系統(tǒng)兩者都將運轉(zhuǎn)，因此如上所述，開發(fā)能與CRC和非CRC兩者共同操作的差錯檢測系統(tǒng)是可取的。隨著這些遺留的系統(tǒng)被升級或替換，可以并入CRC差錯檢測能力。為了允許這一互操作性，消息格式包括一個用于表示機車是否具有CRC能力的位。
當啟動通信會話時，引導單元14通過在消息中設(shè)定CRC指定位和在消息中包括CRC碼字來表明CRC能力。如果CRC處理在接收單元，即遠程單元12和13中的任一個中是可用的，則CRC碼字被用來檢測接收的消息中的差錯。同樣，在應答消息中設(shè)定指定位并且應答消息中包括如上所述生成的CRC碼字，即應答是具有CRC能力的。
如果接收單元是不具有CRC能力的，則來自引導單元14的消息中的CRC指定位不起作用并且被忽略，當接收單元解碼接收到的消息時忽略CRC碼字節(jié)，并且接收單元用非CRC應答進行應答，即，在應答消息中不設(shè)定CRC指定位并且在應答消息中不出現(xiàn)CRC碼字節(jié)。在應答消息中缺少設(shè)定位向引導單元14表明接收單元是不具有CRC能力的，因此不對將來至該接收單元的消息進行CRC編碼。有利的是，相對于隨后形成的垂直和水平奇偶校驗位將CRC位作為信息的一部分的本發(fā)明的差錯檢測方案允許接收單元簡單地忽略CRC碼字，而繼續(xù)對于差錯檢測使用水平和垂直奇偶校驗位。
這一方案允許不具有CRC能力的機車從具有CRC能力的機車接收消息，并保持使用水平和垂直奇偶校驗位對接收到的消息進行差錯檢測的能力。從而，對于由水平和垂直奇偶校驗位提供的差錯檢測，不具有CRC能力和具有CRC能力的機車是可以互操作的。兩個具有CRC能力的機車可以用由水平和垂直奇偶校驗位提供的差錯檢測以及由CRC位提供的差錯檢測進行通信。向消息中添加CRC位是與缺少CRC碼位的消息向后兼容的。
如果引導單元14是不具有CRC能力的，則不在消息中設(shè)定CRC指定位，并且在響應時遠程單元12和/或13用非CRC應答消息進行應答。即使遠程單元12和/或13是有CRC能力的，在與非CRC的引導單元14進行通信時也抑制CRC操作。
圖5以方框圖的形式示出了用于生成消息位流的編碼器50。通常，編碼器50是引導單元14或遠程單元12和13的控制單元30或32中的一個元件。編碼器50包括一個用于執(zhí)行與信息位、CRC位和幾何奇偶校驗位相關(guān)的所有功能的處理器件，或每一個執(zhí)行所列出的功能中的一個的多個處理器件。此外，處理器件可以包括被編程為執(zhí)行示例的功能以及執(zhí)行控制單元30或32中的其他功能的通用處理器件?？蛇x的，專用處理器可用來提供所描述的功能。
關(guān)于圖5，通過處理器的功能屬性來指示它們。當從引導單元14或遠程單元12和13的其他組件(未示出)中接收到信息字節(jié)時，在緩沖器52中對他們進行組合，并輸入到CRC碼分析器54用來生成CRC碼位。垂直奇偶校驗位生成器56接收信息位和CRC位，用來生成如上所述的垂直奇偶校驗位(奇數(shù)或偶數(shù))。作為結(jié)果的位被輸入到水平奇偶校驗位生成器58，用來構(gòu)造水平奇偶校驗位(奇數(shù)或偶數(shù))。輸出代碼字被輸入到收發(fā)信機28，用于調(diào)制傳送到接收單元，即，遠程單元12和13中的一個或兩者或者引導單元14的載波。
盡管水平奇偶校驗位生成器58被圖示為解碼器50的分離的組件，但是在一個實施例中，通過收發(fā)信機28中的硬件來執(zhí)行這一功能，例如通過收發(fā)信機28中將消息的多個并行字位流轉(zhuǎn)換成單個串行位流以進行載波調(diào)制的通用異步接收機/發(fā)送機(UART)來執(zhí)行這一功能。在所述轉(zhuǎn)換處理期間，UART添加水平奇偶校驗位。
在另一個實施例中，水平和垂直碼字的添加被反轉(zhuǎn)。即，形成信息字節(jié)和CRC字節(jié)并為這些字節(jié)中的每一個形成一個水平奇偶校驗位(奇數(shù)或偶數(shù))。信息和CRC字節(jié)以及用于它們中的每一個的各個水平奇偶校驗位隨后被數(shù)字形式地排列到代碼塊中，如矩陣中所示例的，然后確定每個矩陣列的垂直奇偶校驗，在此之后，按照通過選擇了奇數(shù)還是偶數(shù)奇偶校驗位所確定的來添加垂直奇偶校驗位。
在此處示出的各個實施例的任一個中，水平和垂直奇偶校驗可以是相同的或不同的。即兩者可以都是奇數(shù)或偶數(shù)奇偶校驗?？蛇x的，可以為具有奇數(shù)垂直奇偶校驗的水平奇偶校驗選擇偶數(shù)奇偶校驗，或反之亦然。
在接收地點，在圖6的方框圖中所描述的解碼器60中發(fā)生差錯檢驗。在收發(fā)信機28中接收和解調(diào)消息。所接收到的字節(jié)被輸入到在其中確定每個字節(jié)的水平奇偶校驗的水平奇偶校驗分析器62中。預先知道字節(jié)的正確奇偶性驗(奇數(shù)或偶數(shù))。從而水平奇偶校驗分析器62確定每個接收到的字節(jié)的水平奇偶性是否正確。
盡管水平奇偶校驗分析器62被圖示為解碼器60的分離的組件，在一個實施例中，在將接收到的串行位流轉(zhuǎn)換為單獨字節(jié)的并行位流的處理中，在收發(fā)信機28的UART中執(zhí)行水平奇偶性分析處理。
如果字節(jié)的水平奇偶性是正確的，則將消息存儲在緩沖器64中。通過垂直奇偶校驗分析器66來存取單獨的字，以確定每個列的奇偶性，并將結(jié)果與已知的正確的垂直奇偶性進行比較。如果垂直奇偶性是正確的，則通過CRC碼生成器68來存取存儲在緩沖器64中的字節(jié)，并響應于接收到的消息來生成CRC位。如果生成的CRC位與接收到的CRC位相匹配，則接收到的消息具有非常高的概率是無差錯的。所述消息隨后被輸入到控制單元30或32中，適當?shù)赜糜谂c消息內(nèi)容相一致的進一步的處理。
關(guān)于在上面描述的、其中反轉(zhuǎn)了添加水平和垂直奇偶校驗位的順序(即，首先是水平奇偶校驗位，隨后是垂直奇偶校驗位)的可選實施例，在接收單元中的奇偶檢驗的順序應當相應地被反轉(zhuǎn)。
作為利用生成多項式來再生CRC檢驗位和將所得CRC檢驗位與接收的CRC檢驗位進行比較的可選對象，已知確定接收到的檢驗位的校正子，其中非零校正子表示在接收到的消息中的一個或多個差錯。
如上所述，在某些操作情況中，引導單元14可能不能直接與遠程單元12和13中的一個或多個進行通信，或反之亦然。在這一情況中，中繼站26用來在傳輸和發(fā)送單元之間接收和中繼消息。根據(jù)通信系統(tǒng)10的一個實施例，中繼器站26在接收到的代碼字中設(shè)定預定的位，以將該消息設(shè)定為中繼的消息，然后傳送該消息。這樣，在中繼器接收到的消息與從中繼器傳送的消息是不同的。結(jié)果，中繼器站26重新計算垂直奇偶校驗字并發(fā)送具有設(shè)定的中繼位和重新計算的垂直奇偶校驗字的消息。在接收單元(引導單元14或遠程單元12和13)，首先檢驗接收到的垂直奇偶校驗字。如果正確，則接收單元隨后在通過CRC碼生成器68處理之前復位中繼位。這一技術(shù)確保中繼器站26的使用不會阻礙CRC位的功能。
在某些其他操作情況中，消息被遠程單元12或13所中繼，并且在消息中設(shè)定不同的位。接收單元以相同的方式處理這些中繼信息，就好像所述消息是如上所述通過中繼器站26中繼的一樣。
由于某些奇偶校驗生成和檢驗方案可以“在運轉(zhuǎn)中(on the fly)”執(zhí)行，即，數(shù)據(jù)位正在進行處理，而不需要存儲這些位，因此并不是本發(fā)明的所有實施例都需要使用緩沖器52和64。
圖7是在發(fā)送單元執(zhí)行的差錯檢測碼生成過程的流程圖，所述發(fā)送單元即引導單元14、遠程單元12和13中的一個或多個、或者中繼器單元。在通過適當?shù)目刂破?0或32生成了消息的信息位之后，在步驟80，生成CRC檢驗位。在步驟82，基于信息位和CRC檢驗位兩者來生成垂直奇偶校驗位。在步驟84，為包括信息字節(jié)、CRC檢驗字節(jié)和垂直奇偶校驗字節(jié)的每個字節(jié)生成一個水平奇偶校驗位。如通過步驟86所表示的，從單獨的字節(jié)形成位流，并對載波信號進行調(diào)制，以在通信信道10上傳輸。如上所述，可以根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例來反轉(zhuǎn)在其中檢驗水平和垂直奇偶檢驗和分配正確的奇偶檢驗位的順序。
圖8是在接收單元執(zhí)行的差錯檢測碼分析過程的流程圖。在步驟90，對消息進行解調(diào)，并從所解調(diào)的信號形成二進制位流。在判定步驟92，與位流被分隔為單獨的字節(jié)的同時或在此之后，分析水平奇偶校驗。如果一個或多個字節(jié)的水平奇偶校驗不正確，則如步驟94所表示的拒絕該傳輸。如果水平奇偶校驗正確，則處理繼續(xù)至在其中檢驗垂直奇偶檢驗位的判定步驟96。如果垂直奇偶檢驗不正確，則處理繼續(xù)至步驟94。如果垂直奇偶校驗正確，則在判定步驟98生成CRC檢驗位，并與接收到的CRC檢驗字進行比較。如果判定步驟98產(chǎn)生肯定的答案，則認為接收到的消息是正確的，并將其提供至控制器30或32以用于執(zhí)行。如上所述，在另一個實施例中，可以轉(zhuǎn)變水平和垂直奇偶性檢驗的順序。
盡管已經(jīng)結(jié)合分布式動力火車的引導機車和一個或多個遠程機車之間的通信信道描述了本發(fā)明，但是這里公開的本發(fā)明技術(shù)方案可以被應用至其他通信信道。特別的，在另一個鐵路應用中，本發(fā)明的差錯編碼技術(shù)可以應用于機車與路旁設(shè)備、機車監(jiān)視和診斷中心、以及由在車場中或周邊工作的人員操作的設(shè)備之間的通信。
權(quán)利要求
1.一種分布式動力鐵路通信系統(tǒng)(10)，為了火車中機車(12，13，14)的分布式動力操作而在火車的引導機車(14)和遠程機車(12，13)之間傳遞消息，所述通信系統(tǒng)包括與一個機車進行通信的信息源(30，32)；和至少一個處理器(50)，用于響應由信息源(30，32)提供的信息來形成信息字(41)、響應所述信息字來形成一個或多個差錯檢測字(42)、和響應所述信息字以及一個或多個差錯檢測字來形成幾何奇偶校驗位(43，44)。
2.如權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)(10)，其中從水平奇偶校驗位(43)、垂直奇偶校驗位(44)、以及水平和垂直奇偶校驗位(43，44)兩者中選擇幾何奇偶校驗位(43，44)。
3.如權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)(10)，還包括用于發(fā)送調(diào)制的載波信號的收發(fā)信機(28)，其中所述信息字(41)、差錯檢測字(42)和幾何奇偶校驗位(43，44)包括多個相連接的二進制位，并且其中所述多個相連接的二進制位調(diào)制載波信號以形成調(diào)制的載波信號。
4.如權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)(10)，其中從循環(huán)冗余碼多項式形成差錯檢測字。
5.如權(quán)利要求4所述的通信系統(tǒng)(10)，其中循環(huán)冗余碼多項式的次數(shù)是16。
6.如權(quán)利要求5所述的通信系統(tǒng)(10)，其中循環(huán)冗余碼多項式是g(X)＝1+X2+X15+X16的形式。
7.如權(quán)利要求5所述的通信系統(tǒng)(10)，其中循環(huán)冗余碼多項式是g(X)＝1+X5+X12+X16的形式。
8.如權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)(10)，其中幾何奇偶校驗位(43，44)包括水平(43)和垂直(44)奇偶校驗位，并且其中從信息字(41)以及一個或多個差錯檢測字(42)的奇偶校驗來確定水平奇偶校驗位(43)，并且其中從位列的奇偶檢驗來確定垂直奇偶校驗位(44)，其中位列包括來自信息字(41)和一個或多個差錯檢測字(42)的、垂直排列的位。
9.如權(quán)利要求8所述的通信系統(tǒng)(10)，其中在確定垂直奇偶校驗位(44)之前確定水平奇偶校驗位(43)，從而垂直奇偶校驗位(44)提供水平奇偶校驗位(43)的奇偶性檢驗。
10.如權(quán)利要求8所述的通信系統(tǒng)(10)，其中在確定水平奇偶校驗位(43)之前確定垂直奇偶校驗位(44)，從而水平奇偶校驗位(43)提供垂直奇偶校驗位(44)的奇偶性檢驗。
11.如權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)(10)，還包括在機車(12，13，14)之一中的解碼器(60)，用于接收消息和用于確定在消息中存在差錯，其中機車(12，13，14)響應解碼器(60)檢測到的差錯而拒絕所述消息。
12.如權(quán)利要求11所述的通信系統(tǒng)(10)，其中解碼器(60)確定信息字(41)以及一個或多個差錯檢測字(42)的幾何奇偶校驗，并且其中如果確定的奇偶校驗不等于預定的奇偶校驗，則檢測到差錯。
13.如權(quán)利要求11所述的通信系統(tǒng)(10)，其中解碼器(60)響應信息字(41)而形成所生成的差錯檢測字，并將所生成的差錯檢測字與一個或多個接收到的差錯檢測字(42)進行比較，以確定是否檢測到了差錯。
14.如權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)(10)，其中所述消息從第一機車(12，13，14)發(fā)送至第二機車(12，13，14)，并且其中當在第二機車(12，13，14)接收到消息時，幾何奇偶校驗位(43，44)檢測在傳輸期間可能在消息中出現(xiàn)的第一類差錯，并且一個或多個差錯檢測字(42)檢測在傳輸期間可能在消息中出現(xiàn)的第二類差錯。
15.如權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)(10)，其中所述處理器包括緩沖器(52)，用于響應由所述源提供的信息來形成信息字(41)；代碼分析器(54)，用于響應所述信息字(41)來形成一個或多個差錯檢測字(42)；和幾何奇偶校驗位生成器(56，58)，用于響應信息字(41)以及一個或多個差錯檢測字(42)來形成幾何奇偶校驗位(43，44)。
16.一種分布式動力鐵路通信系統(tǒng)(10)，用于為了火車中機車(12，13，14)的分布式動力操作而在火車的引導機車(14)和遠程機車(12，13)之間傳遞消息，所述通信系統(tǒng)包括與一個機車(12，13，14)進行通信的引導機車處的信息源(30，32)；至少一個處理器(50)，用于響應來自信息源(30，32)的信息來形成信息字(41)、和用于響應所述信息字(41)來形成差錯檢測位(42)；和對信息字(41)和差錯檢測位(42)進行響應的收發(fā)信機(28)，用于形成消息并將其發(fā)送到遠程機車(12，13)，其中收發(fā)信機(28)在所述消息中包括進了差錯檢測能力標記。
17.如權(quán)利要求16所述的通信系統(tǒng)(10)，其中如果引導機車(14)在差錯檢測位(42)中包括進了一個或多個循環(huán)冗余碼字，則差錯檢測能力標記處于第一狀態(tài)；如果引導機車(14)沒有在差錯檢測位(42)中包括進一個或多個循環(huán)冗余碼字，則差錯檢測能力標記處于第二狀態(tài)。
18.如權(quán)利要求16所述的通信系統(tǒng)(10)，其中在遠程機車(12，13)接收消息并且將應答消息回復至引導機車(14)，其中響應所述差錯檢測能力標記，應答消息包括一個應答差錯檢測能力標記，該應答差錯檢測能力標記在遠程機車(12，13)對于引導機車(14)有差錯檢測能力時具有第一狀態(tài)，在遠程機車(12，13)對于引導機車(14)沒有差錯檢測能力時具有第二狀態(tài)。
19.如權(quán)利要求18所述的通信系統(tǒng)(10)，其中如果應答消息包括一個或多個循環(huán)冗余碼字則應答差錯檢測能力標記處于第一狀態(tài)；如果應答消息不包括一個或多個循環(huán)冗余碼字則應答差錯檢測能力標記處于第二狀態(tài)。
20.一種分布式動力鐵路通信系統(tǒng)(10)，用于在第一類型的鐵路機車(12，13，14)和第二類型的鐵路機車(12，13，14)之間傳遞消息，其中從第一類型的鐵路機車(12，13，14)發(fā)送的消息包括第一和第二差錯檢測碼(42，43，44)，從第二類型的鐵路機車(12，13，14)發(fā)送的消息僅包括第一差錯檢測碼而不是第二差錯檢測碼，所述通信系統(tǒng)包括從發(fā)送機車(12，13，14)發(fā)送的消息，其中發(fā)送機車(12，13，14)包括第一類型的機車(12，13，14)，并且其中所述消息表示該消息是從第一類型的機車(12，13，14)發(fā)送的；以及其中通過接收機車(12，13，14)接收所述消息，并且其中接收機車(12，13，14)包括第一類型的機車(12，13，14)，其中將表示接收機車(12，13，14)是第一類型的機車(12，13，14)的應答消息從接收機車(12，13，14)送至發(fā)送機車(12，13，14)，其中在接收機車(12，13，14)使用第一和第二差錯檢測碼(42，43，44)來檢測接收到的消息中的差錯。
21.如權(quán)利要求20所述的通信系統(tǒng)(10)，其中通過接收機車(12，13，14)接收所述消息，并且其中接收機車(12，13，14)包括第二類型的機車(12，13，14)，其中將表示接收機車(12，13，14)是第二類型的機車(12，13，14)的應答消息從接收機車(12，13，14)送至發(fā)送機車(12，13，14)，其中在接收接車(12，13，14)僅使用第一差錯檢測碼(42，43，44)來檢測接收到的消息中的差錯。
22.如權(quán)利要求20所述的通信系統(tǒng)(10)，其中所述第一差錯檢測碼包括幾何奇偶校驗碼(43，44)，并且其中所述第二差錯檢測碼包括循環(huán)冗余檢驗碼(42)。
23.一種代碼字消息格式(40)，包括信息字(41)；響應于所述信息字而形成的第一差錯檢測位(42)；響應于所述信息字和第一差錯檢測位(41)的結(jié)合而形成的第二差錯檢測位(43，44)；以及其中所述第一差錯檢測位(42)包括循環(huán)冗余檢驗字(42)，并且其中所述第二差錯檢測位包括水平(43)和垂直(44)奇偶校驗位，其中水平奇偶校驗位(43)是響應于信息字(41)和循環(huán)冗余檢驗字(42)而形成的，并且其中垂直奇偶校驗位(44)是響應于消息字(41)、循環(huán)冗余檢驗字(42)和水平奇偶校驗位(43)的直列并置而形成的。
24.一種代碼字消息格式(40)，包括信息字(41)；響應于所述信息字而形成的第一差錯檢測位(42)；響應于所述信息字和第一差錯檢測位(41)的結(jié)合而形成的第二差錯檢測位(43，44)；以及其中所述第一差錯檢測位(42)包括循環(huán)冗余檢驗字(42)，并且其中所述第二差錯檢測位(43，44)包括水平(43)和垂直(44)奇偶校驗位，其中垂直奇偶校驗位(44)是響應于信息字(41)和循環(huán)冗余檢驗字(42)的直列并置而形成的，并且其中水平奇偶校驗位(43)是響應于消息字(41)、循環(huán)冗余檢驗字(42)和垂直奇偶校驗位(44)而形成的。
25.一種分布式動力鐵路通信系統(tǒng)(10)，用于為了火車中機車(12，13，14)的分布式動力操作而在火車的引導機車(14)和遠程機車(12，13)以及中繼器站(26)之間傳遞消息，所述通信系統(tǒng)包括與一個機車(12，13，14)進行通信的信息源(30，32)；和處理器(50)，用于響應由所述信息源(30，32)提供的信息來形成信息字(41)、用于響應所述信息字(41)來形成一個或多個差錯檢測字(42)、和用于響應所述信息字(41)以及一個或多個差錯檢驗字(42)來形成幾何奇偶校驗位(43，44)；其中消息(40)包括信息字(41)、差錯檢測字(42)和幾何奇偶校驗位(43，44)，并且其中所述信息字還包括中繼位；在引導機車(14)的發(fā)送機(28)，用于將消息發(fā)送至中繼器站(26)；在中繼器站(29)的收發(fā)信機(28)，用于接收消息和響應該消息來形成中繼器消息，其中中繼器消息包括一個設(shè)定中繼位和中繼器幾何奇偶校驗位，其中收發(fā)信機(28)將中繼器消息發(fā)送至遠程機車(12，13)；在遠程機車(12，13)的接收機(28)，用于接收中繼器消息，并在響應信息字(41)生成差錯檢測字(42)之前響應設(shè)定的中繼位來復位中繼位，以確定在消息中是否出現(xiàn)了差錯。
26.一種形成用于火車中的引導機車(14)和遠程機車(12，13)的分布式動力通信系統(tǒng)(10)的消息(40)的方法，該方法包括步驟形成信息位(41)；響應所述信息位(41)形成(80)差錯檢測檢驗字(42)；響應信息位(41)和差錯檢測檢驗字(42)形成(82，84)幾何奇偶校驗位(43，44)，其中該幾何奇偶校驗位(43，44)是從水平奇偶校驗位(43)、垂直奇偶校驗位(44)以及水平(43)、以及垂直(44)奇偶校驗位兩者中選擇的；以及其中形成一個或多個差錯檢測檢驗字的步驟(80)包括從循環(huán)冗余碼多項式形成一個或多個差錯檢測檢驗字(42)。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中所述循環(huán)冗余碼多項式的次數(shù)是16。
28.如權(quán)利要求26所述的方法，其中所述循環(huán)冗余碼多項式是g(X)＝1+X2+X15+X16的形式。
29.如權(quán)利要求26所述的方法，其中所述循環(huán)冗余碼多項式是g(X)＝1+X5+X12+X16的形式。
30.如權(quán)利要求26所述的方法，其中所述信息位(41)和差錯檢測檢驗字(42)各自都包含多個字節(jié)，并且其中形成幾何奇偶校驗位(82，84)的步驟從包含多個行和列的代碼塊形成幾何奇偶校驗，其中每一行包括多個字節(jié)中的一個。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中從代碼塊的行和列的奇偶校驗確定幾何奇偶校驗位(43，44)。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述幾何奇偶校驗位(43，44)包括水平(43)和垂直(44)奇偶校驗位，并且其中從代碼塊的行奇偶校驗來確定水平奇偶校驗位(43)，從代碼塊的列奇偶校驗來確定垂直奇偶校驗位(44)。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其中在確定垂直奇偶校驗位(44)之前，從代碼塊確定水平奇偶校驗位(43)，從而垂直奇偶校驗位(44)提供水平奇偶校驗位(43)的奇偶性檢驗。
34.如權(quán)利要求32所述的方法，其中在確定水平奇偶校驗位(43)之前，從代碼塊確定垂直奇偶校驗位(44)，從而水平奇偶校驗位(43)提供垂直奇偶校驗位(44)的奇偶性檢驗。
全文摘要
一種用于具有引導機車(14)和一個或多個遠程機車(12，13)的鐵路火車的分布式機車動力通信系統(tǒng)的通信系統(tǒng)(10)。消息經(jīng)由該系統(tǒng)在引導機車(14)和遠程機車(12，13)之間傳遞。每個傳遞的消息包括信息位(41)和用來檢測信息位(41)中的差錯的差錯檢測位(42，43，44)。差錯檢測位(42，43，44)進一步包括根據(jù)信息位(41)和循環(huán)冗余碼字(42)的水平(43)或垂直(44)奇偶校驗形成的奇偶校驗位和循環(huán)冗余碼字。
文檔編號B60L3/00GK1596199SQ02823548
公開日2005年3月16日 申請日期2002年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月17日
發(fā)明者羅伯特·F·布賴恩特, 戴維·C·蒂特, 羅伯特·J·福瓦, J·B·凱恩, 阿德里安·瓊斯, 唐·K·約翰森, 弗蘭克·桑佐恩, 戴爾·H·德拉魯爾 申請人:通用電氣公司