6.5. Система радиосвязи с подвижным составом в сетях isdn

Пропускная и провозная способность железнодорожного транспорта зависят не только от модернизации подвижного состава, увеличения скорости движения, но и от предоставления интерактивных мультимедийных услуг локомотивным бригадам и пассажирам поездов дальнего следования. С этой целью рядом предприятий и институтов, таких как МИИТ, ЦНИИ Радиофикации и НПО «Исток», были проведены эксперименты и испытания по совместной работе существующего оборудования проводной и радиосвязи и созданию цифровой интегральной системы связи с подвижным составом, адаптированной к условиям работы электрифицированного транспорта.

Основу цифровых сетей с интеграцией обслуживания ISDN составляет ССС, включающая в себя волоконно-оптические линейные тракты передачи, соединяющие между собой коммутационные узлы связи. Они размещаются в главных автоматизированных центрах управления (ГАЦУ или ЕДЦУ) движением поездов и на станционных узлах (СУ), расположенных в помещениях малых железнодорожных станций на расстоянии 70  90 км друг от друга. Между соседними СУ через каждые 15  20 км размещаются до пяти необслуживаемых промежуточных пунктов (НПВ и ОПВ).

Стационарная сеть связи предоставляет каналы и тракты передачи для организаций вторичных сетей оперативно-технологической (ОТС) и коммерческой связи. Линейные тракты ССС строятся с применением стандартных цифровых систем передачи (ЦСП), работающих по кабельным линиям связи. В качестве основы построения ССС выбраны третичные ЦСП со скоростью передачи 8 или 34 Мбит/с (в перспективе предполагается применение четверичных ЦСП со скоростью 140 Мбит/с) и выделением первичных цифровых каналов (ПЦК) со скоростью передачи 2,048 Мбит/с на НПП для организации в них технологической связи и трактов передачи с БСС. Для этой цели предусматривается разработка аппаратуры выделения ПЦК из вторичных трактов передачи.

Как будет показано далее, связь с БСС следует организовать по цифровым радиолиниям (ЦРЛ). Поэтому для обеспечения непрерывности связи БСС с ССС необходима разработка специальной следящей аппаратуры безобрывного переключения цифровых потоков в НПВ, ОПВ при проследовании подвижного состава по трассе.

Линейные тракты ССС организуются по двухкабельной схеме с прокладкой кабелей по обе стороны железнодорожного полотна для обеспечения надежности и живучести этих трактов. На НПП устанавливается аппаратура взаимного резервирования трактов, производящая автоматическое переключение с поврежденного кабеля на исправный.

Для повышения живучести и надежности ССС предусмотрено резервирование линейных трактов стволами цифровых радиорелейных линий на всем протяжении скоростной магистрали.

Типы и количества ЦСП, оборудование радиорелейных линий и конструкция кабелей уточняются на этапе технического проектирования сети связи с учетом складывающихся рыночных цен на аппаратуру. В узлах связи предусматривается использование только цифрового типового коммутационного оборудования для организации коммутируемой сети общего пользования (СОП) и коммерческой связи.

Создание сети ОТС предусматривает применение специализированного оборудования  интегральной цифровой станции технологической связи, которая обеспечивает организацию всех видов технологической телефонной и нетелефонной связи. Для этой цели включаются абонентские терминалы как через обычные двухпроводные линии, так и через цифровые интерфейсы основного доступа 2B + D, B + D, а персональные компьютеры автоматизированных рабочих мест операторов  интерфейс RS-232C.

Сеть СОП и коммерческой связи строится по радиальной структуре с главным узлом связи в ГАЦУ, а сеть ОТС  по линейной структуре на основе ЦСП с многократным выделением каналов на промежуточных пунктах и узлах связи.

Цифровая радиолиния. Специфика функционирования транспортных средств скоростной магистрали требует организации обмена большими объемами цифровой информации с высокой скоростью и повышенной достоверностью между ССС и БСС. Существующие отечественные и зарубежные аналоговые системы подвижной радиосвязи метрового (160 МГц) и дециметрового (330 и 450 МГц) диапазонов волн (соответствующие подсистемы комплексной системы «Транспорт» диапазонов 160 и 330 МГц), проектируемая система GSM-R не в состоянии обеспечить решение этой задачи. Трудно также рассчитывать и на то, что со временем спутниковая связь станет основным и единственным средством обмена информацией между ССС и БСС. Таким образом, едва ли не определяющую роль в выборе концепции ЦСИО скоростной магистрали играет решение вопроса организации тракта обмена информацией между ССС и БСС.

В результате технико-экономического анализа был отклонен вариант обмена информацией с помощью СВЧ систем передачи по излучающему кабелю (волноводу) с боковым излучением. Учитывалось, что вариант использования волновода не способствует распространению идеологии ЦСИО скоростной магистрали на всю сеть железных дорог России.

Для организации связи между ССС и БСС предложено использовать наземные ЦРЛ. Создание ЦРЛ позволит обеспечить высокий уровень безопасности движения на скоростной магистрали. Передача больших объемом диагностической информации повысит надежность функционирования оборудования и подсистем подвижного состава, а также предоставит обслуживающему персоналу и пассажирам широкий ассортимент современных услуг связи, включая все виды необходимой ОТС и коммерческой связи.

Для организации первичных цифровых каналов (ПЦК) со скоростью передачи 2,048 Мбит/с между НПВ и подвижным составом предлагается использовать диапазон СВЧ (как вариант  КВЧ). Цифровые радиостанции (ЦРС) будут устанавливаться в НПВ, ОПВ (стационарные ЦРС) и на подвижном составе (мобильные ЦРС). Заметим, что дальность уверенной радиосвязи между стационарной и мобильной ЦРС не должна превышать расстояния между соседними НПП и быть существенно больше половины этого расстояния. Это обстоятельство решающее при выборе расстояния между НПП. Дальность уверенной радиосвязи должна, в свою очередь, определяться исходя из требований к значению коэффициента ошибок.

В качестве антенн ЦРС преимущественно используются параболические. Антенные системы стационарных ЦРС устанавливаются на специальных мачтах, либо опорах контактной сети скоростной магистрали (в том числе на П-образных опорах непосредственно над осью пути). Целесообразно размещение приемопередатчиков ЦРС в непосредственной близости от антенной системы для уменьшения до минимума потерь в фидерах. Направление главного излучения антенн стационарных ЦРС, как правило, совпадает с осью пути.

Возможна установка антенных систем, состоящих из нескольких параболических антенн, ориентированных на разные участки трассы до соседнего НПП с учетом плана и профиля участков. При необходимости в местах изменения направления оси пути устанавливаются активные и пассивные ретрансляторы. Антенны мобильных ЦРС, защищенные обтекателями, встраиваются в лобовую часть корпуса головного (хвостового) вагона.

Электромагнитная совместимость радиосредств, непрерывность связи по мере перемещения подвижного состава по участку обеспечиваются применением частотного и пространственного разносов ЦРС. Стационарная ЦРС каждого НПП осуществляет передачу-прием в четном направлении на одной общей для всех НПП дуплексной паре рабочих частот (РЧ), а в нечетном  на другой. На этих двух парах происходит обмен информацией между НПП и единицами подвижного состава, следующими в четном направлении. Точно также организуется обмен информацией между НПП и единицами подвижного состава, следующими в нечетном направлении, но с использованием других значений РЧ. Кроме того, целесообразно выделение еще двух дуплексных пар РЧ для обмена информацией между НПП и подвижными единицами (в том числе нерельсовыми средствами ремонтных подразделений). Таким образом, в этом наиболее эффективном варианте организации ЦРЛ требуется обеспечить одновременную работу стационарной ЦРС на шести дуплексных парах РЧ. Возможны и более простые варианты создания ЦРЛ, например в сочетании с поляризационным разделением (в частности, для обмена информацией с подвижным составом, движущимися в четном и нечетном направлениях).

Мобильная ЦРС работает одновременно на двух дуплексных парах РЧ. Их выбор определяется направлением движения и обеспечивается тастатурным набором машинистом в исходном пункте или автоматически при прохождении подвижного состава мимо специальных радиомаяков (в том числе при смене направления движения, впоследствии  при пересечении границы диспетчерских кругов, и т. п.).

Приемное устройство постоянно анализирует качество принимаемого сигнала по уровню сигнала на промежуточной частоте. В мобильной ЦРС формируется оценка качества, которая периодически (или по мере превышения сигналом заданных уровней квантования) поступает в устройство фазирования потоков БСС. На основании анализа устройство фазирования потоков выбирает момент времени, наиболее удобный для замены потока, поступающего на подвижной состав по ПЦК ЦРЛ с снижающимся качеством связи, на аналогичный поток, но с повышенным качеством связи.

В стационарной ЦРС также формируются оценки качества, которые передаются на соседний по ходу поезда НПП (периодически или по мере превышения принимаемым сигналом заданных уровней квантования). На основании анализа этих оценок на ближайшем к ПС (по направлению движения) «головном» НПП выбирается момент, наиболее удобный для замены ПЦК связи подвижного состава с ССС через «хвостовой» НПП, на ПЦК связи подвижного состава с ССС  через «головной» НПП.

Бортовая сеть связи подвижного состава. БСС предназначена для организации требуемого ассортимента видов услуг и каналов связи подвижного состава с ССС, а также внутри подвижного состава для оперативного управления и контроля процессов движения в реальном масштабе времени, диагностирования состояния оборудования подвижного состава, служебной связи обслуживающего персонала, коммерческой и информационной связи пассажиров.