Система цифровой технологической радиосвязи стандарта DMR
А.Н. СЛЮНЯЕВ, главный инженер ЦСС
А.М. ВЕРИГО, начальник отделения связи ОАО «НИИАС»
Д.В. АНАНЬЕВ, генеральный директор ООО «Пульсар-Телеком»
Ключевые слова: модернизация технологической радиосвязи, возможности системы радиосвязи стандарта DMR, поездная радиотелефонная связь, сеть передачи данных, базовые станции, диспетчерские терминалы, пульты дежурных по станции
Один из наиболее важных аспектов обеспечения безопасности движения поездов - организация надежной радиосвязи для каждого из участников перевозочного процесса.
О перспективном направлении в данной области - цифровой технологической радиосвязи стандарта DMR - рассказывается в статье.
При значительно возросшем за последние годы качестве и надежности существующей аналоговой поездной радиосвязи в радиочастотных диапазонах 2 и 160 МГц необходимость ее перевода на цифровые стандарты очевидна, да и, пожалуй, неоспорима.
Необходимость перевода вызвана рядом ограничений действующих систем, не позволяющих обеспечить внедрение инновационных технологий. Среди них можно отметить:
снижение дальности (зоны радиодоступности) и ухудшение качества радиосвязи из-за высокого уровня электромагнитных помех от современного подвижного состава с асинхронным тяговым приводом;
невозможность реализации индивидуальных и аварийных вызовов;
отсутствие идентификации вызывающего и вызываемого абонентов;
практическая невозможность организации непрерывных каналов связи с подвижными объектами;
отсутствие возможности реализации режимов передачи данных;
низкий уровень защиты информации из-за потенциальной возможности несанкционированного входа без регистрации в сеанс связи неустановленного радиосредства.
Для участков высокоскоростного, скоростного и интенсивного движения пассажирских и пригородных поездов в качестве альтернативы аналоговым системам поездной радиосвязи ОАО «РЖД» принят стандарт GSM-R, разработанный специально для нужд железнодорожного транспорта и отвечающий основным современным требованиям. Применение стандарта GSM-R на таких участках оправдано также и с экономической точки зрения. Однако для участков железных дорог II-IV категорий применение стандарта GSM-R не всегда целесообразно с экономической точки зрения.
На основании исследований, опыта строительства и эксплуатации систем цифровой технологической радиосвязи стандарта
GSM-R на российских железных дорогах с учетом существующих параметров его уязвимости и жизнестойкости в качестве альтернативы и резерва этого стандарта был предложен стандарт DMR.
DMR - это открытый стандарт, технические характеристики которого регламентированы документами Европейского института телекоммуникационных стандартов (ETSI), Министерства связи и массовых коммуникаций РФ. Архитектура построения системы в соответствии с требованиями открытого стандарта обеспечивает возможность использования аппаратуры различных производителей и ее функциональную совместимость, что в конечном итоге снижает стоимость строительства.
Проведенные на опытных участках российских железных дорог испытания показали, что при применении технологической цифровой радиосвязи стандарта DMR достигается:
более эффективное использование частотного ресурса, выделенного для ОАО «РЖД» в метровом (160 МГц) радиочастотном диапазоне, на основе реализации двух рабочих каналов на каждой из пар частот с шагом сетки 12,5 кГц;
существенное повышение качества передачи речи на локомотивные радиостанции в условиях высоких уровней акустических шумов и электромагнитных помех;
увеличение дальности и качества радиосвязи для абонентов носимых радиостанций;
возможность использования стандартных приложений и новых прикладных задач на основе технических средств системы;
относительно низкая стоимость строительства по сравнению с другими системами технологической радиосвязи, в том числе стандартов GSM-R и TETRA.
Технические требования по организации поездной радиосвязи на основе стандарта DMR предусматривают его адаптацию к условиям российских железных дорог и выполнение основных функциональных требований Международного союза железных дорог (МСЖД), сформированных в рамках рекомендаций МСЖД «EIRENE» для системы GSM-R.
Система поездной радиосвязи стандарта DMR обеспечивает: выполнение функциональных требований по организации связи машинистов поездных локомотивов и других видов подвижного состава в соответствии с Правилами технической эксплуатации железных дорог РФ по действующим в настоящее время алгоритмам;
организацию индивидуальных и групповых вызовов и взаимодействий;
при перемещениях локомотивов (локомотивной радиостанции) между зонами радиосвязи различных стационарных радиостанций (ретрансляторов) автоматическое переключение на радиочастотные каналы этих радиостанций без прерывания канала связи;
возможность формирования виртуальных динамических групп для обеспечения групповых взаимодействий при движении локомотива, в частности для групповых соединений с дежурным по станции;
возможность организации радиосвязи дежурного по станции в пределах зоны как одной, так и нескольких стационарных радиостанций (ретрансляторов);
возможность введения приоритетов в установлении соединений, формирование аварийных вызовов;
организацию конференцсвязи для переговоров поездного диспетчера и дежурного по станции с машинистами поездов и др.
Система позволяет создавать сеть поездной радиотелефонной связи и передачи данных в целях организации каналов передачи информации для систем управления движением поездов. Причем в наиболее распространенном варианте на каждой станции предусматривается использование не менее двух радиоканалов поездной радиосвязи для переговоров поездного диспетчера и дежурного по станции с машинистами двух различных поездов и организация до шести информационных каналов обмена данными с локомотивным оборудованием систем КЛУБ-У, БЛОК и другими в режиме закрепления канала за каждым поездом (коммутация каналов). Для передачи данных по радиоканалу будут задействованы радионавигационные устройства ГЛОНАСС/GPS для контроля местоположения и скорости движения локомотивов и работников, оснащенных носимыми радиостанциями.
Сети передачи данных стандарта DMR обеспечивают в режиме коммутации каналов скорость передачи между центром управления и локомотивом 2,2 кбит/с. В режимах радиотелефонной связи и передачи данных осуществляется автоматическая коммутация каналов при переходе из зоны одной базовой станции к другой (режим «хендовера»), при этом время переключения составляет не более 1 с.
Особое внимание уделено достоверности передачи данных. Учитывая особенности организации движения поездов и возможные ошибки адресации при взаимодействии по номерам поездов (номера поездов могут повторяться на маршруте), предусматриваются дополнительные индивидуальные номера радиостанций, хранящиеся в базе данных центров управления, благодаря чему исключаются некорректные соединения.
Компанией «Пульсар Телеком» на основе стандарта DMR и технических требований ОАО «РЖД» разработана цифровая система технологической радиосвязи (ЦСТР) DtranPulsar®, действующая в диапазоне 160 МГц.
Система ЦСТР DtranPulsar® обеспечивает существенное повышение качества и надежности канала радиосвязи по сравнению с действующей аналоговой радиосвязью; функционирование поездной и станционной радиосвязи в условиях высокого уровня радиопомех от современных видов подвижного состава с асинхронным приводом; организацию индивидуальных, групповых и аварийных вызовов с возможностью назначения приоритетов; вывод информации о реальной скорости движения и местоположении поезда на пульты поездного диспетчера и дежурного по станции.
Кроме того, DtranPulsar® позволяет оптимизировать регламент переговоров и снизить абонентскую нагрузку в канале радиосвязи; регистрировать, архивировать и прослушивать все переговоры в системе; блокировать попытки несанкционированного выхода в эфир неустановленных радиосредств; эффективно использовать частотный ресурс за счет сетки частот 12,5 кГц и динамического распределения выделенных каналов (функция транкинга Tier 3); организовывать каналы передачи данных, в том числе для управляющих и информационных систем с помехозащищенным кодированием.
В ЦСТР DtranPulsar® также предусмотрена возможность мониторинга и администрирования локомотивных и стационарных радиосредств и их взаимодействие с единой системой мониторинга и администрирования (ЕСМА), поэтапный переход на цифровую радиосвязь, совместимость с оборудованием DMR других производителей в рамках открытого стандарта DMR ETSI TS 102 361 и с действующим парком локомотивных радиостанций.
Зарубежные системы GSM-R, TETRA, DMR работают по принципу централизации управления: их головные серверы управляют работой всей системы связи. При выходе из строя центрального сервера связь на всей сети перестает функционировать. В ЦСТР DtranPulsar® центральное оборудование выполняет лишь вспомогательные, сервисные функции технического обслуживания, и если в нем произойдет сбой, основная работоспособность сети сохранится. Система DtranPulsar® полностью отечественная, включая программное обеспечение и аппаратную часть. Она имеет высокий уровень защиты от несанкционированного доступа к программным средствам. Это крайне важный фактор, учитывая стратегическую роль железных дорог.
ЦСТР DtranPulsar® включает в себя базовые станции, диспетчерские терминалы и пульты дежурных по станции, локомотивные и портативные (носимые) радиостанции, антенно-фидерные устройства и систему управления.
В основе базовой станции используется модульный универсальный репитер РМУ-4, который способен работать как в режиме простого ретранслятора, так и в качестве стационарной радиостанции с подключением пультов дежурных, систем ТУ-ТС, пожарной сигнализации, аппаратуры передачи данных, дополнительных линий связи. Для подключения внешнего оборудования репитер поддерживает двух- и четырехпроводные аналоговые интерфейсы, а также цифровые интерфейсы RS-232, RS-422, RS-423, RS-485, UkO, Ethernet.
Один репитер может содержать до двух приемопередающих трактов и позволяет организовывать до четырех одновременно работающих каналов связи. Для увеличения числа одновременно работающих каналов репитеры объединяют в каскад. Каждый из каналов связи может использоваться для передачи речи или данных.
Для поэтапного перехода на цифровую радиосвязь и обеспечения совместимости с действующей аналоговой сетью радиосвязи приемопередатчики репитера РМУ-4 способны работать в аналоговом, цифровом (DMR) и смешанном режимах. Репитеры комплектуются передатчиками с максимальной выходной мощностью 30 и 50 Вт.
Для дежурных по станции предлагается применять пульты ПДС и ПДС/И. Первый из них имеет линейный интерфейс Uk0, второй - Ethernet (10/100 Base-T).
Непосредственно к репитеру РМУ-4 с питанием по Ethernet (PoE) могут подключаться до трех пультов ПДС/И. Рекомендуемая дальность подключения - до 100 м. Подключение большего количества пультов ПДС/И или их удаленное подключение реализуются с помощью внешних IP коммутаторов.
При необходимости работы по длинной физической линии применяются пульты ПДС с обеспечением максимальной дальности до 25 км при использовании витой пары с диаметром жилы 1,2 мм. К одному репитеру РМУ-4 могут подключаться до восьми пультов ПДС.
Пульты ПДС, ПДС/И имеют 24 базовых программируемых функциональных клавиши с возможностью подключения до трех дополнительных приставок по 48 кнопок на каждой, обеспечивая возможность программирования до 168 индивидуальных или групповых вызовов.
Диспетчерскими терминалами служат пульты ПДСУ с цветным сенсорным экраном и интегрированным системным блоком. Пульт ПДСУ подключается к IP-сети по интерфейсу Ethernet (10/100 Base-T). В системе поддерживается одновременная работа до трех диспетчерских терминалов.
Пульты ПДС, ПДС/И и ПДСУ снабжены микротелефонной трубкой с тангентой, внешним микрофоном типа «гусиная шея», предусмотрена возможность подключения педали и внешнего динамика. Пульт ПДСУ может дополнительно комплектоваться жидкокристаллическими индикаторными панелями для оперативного отображения протяженных участков с большим количеством объектов связи и вывода больших объемов графической информации.
На подвижных объектах предполагается установка локомотивных (возимых) радиостанций РЛСМ-10, отличительными особенностями которых являются: возможность работы в диапазонах ГМВ (2 МГц), МВ с поддержкой стандарта DMR (160 МГц) и ДМВ (GSM-R900 МГц, GSM 900/1800/1900 МГ ц); автоматизированная настройка АСУ ГМВ-диапа-зона; дистанционный мониторинг по радиоканалу; дистанционное конфигурирование по сетям GSM и DMR; наличие приемника GPS/ ГЛОНАСС, встроенного регистратора переговоров и интерфейсов RS-232, Ethernet, CAN, ТУ-ТС.
Для работы в МВ диапазоне по стандарту DMR радиостанции РЛСМ-10 комплектуются приемопередатчиками с максимальной выходной мощностью 15 или 25 Вт, обеспечивающими аналоговый и цифровой режимы.
Радиостанция РЛСМ-10 при работе в ЦСТР DMR поддерживает поиск базовой станции в зависимости от местоположения радиостанции на основе данных приемников GPS/ГЛОНАСС с учетом приемлемого уровня приема. Это позволяет регистрировать абонента на ближайшем ретрансляторе при необходимости географического разграничения диспетчерских кругов и переключать радиостанции с одной базовой станции на другую при движении подвижного состава в минимально короткое время.
Носимые радиостанции оборудованы цветным жидкокристаллическим дисплеем, навигационным приемником, цифровой клавиатурой. Они работают как в цифровом, так и аналоговом режимах. В радиостанциях предусмотрены кнопка аварийного вызова, система уникальной индивидуальной идентификации, а также возможность автоматической передачи сигнала тревоги при падении абонента (функция «ManDown»).
Сервер цифровой радиосети СЦР-01 (радиосервер) выполняет регистрацию всех переговоров в сети, сбор статистики по вызовам, а также обеспечивает шлюз в другие радиосети и сети ОТС, ОбТС.
Сервер PEGAS осуществляет непрерывный мониторинг всех устройств с передачей информации администратору в АРМ «PEGAS-Клиент» и ЕСМА. Дополнительно производит контроль уровней радиосигналов и фактического состояния пространственного радиопокрытия сети.
Особенностью системы DtranPulsar® является то, что она имеет распределенную (децентрализованную) структуру, гарантирующую высокий уровень надежности при различных отказах элементов сети. Отказ радиосервера или связи с ним не приводит к нарушениям в работе сети, при этом функция регистрации переговоров осуществляется встроенными регистраторами репитеров РМУ-4. При одновременном выходе из строя радиосервера, репитеров и пультов будет поддерживаться связь между оставшимися мобильными абонентами, репитерами и пультами.
Антенно-фидерные устройства системы включают многоканальные передающие гибридно-ферритовые комбайнеры, приемные распределительные панели, дуплексные полосно-режекторные фильтры, устройства грозозащиты, высокочастотный кабель с низким затуханием и антенны.
Система DtranPulsar® успешно прошла цикл эксплуатационных и приемочных испытаний на опытном участке Владимир-Ковров Горьковской дороги.
Цифровая система технологической радиосвязи стандарта DMR создает реальные условия развития на сети железных дорог цифровых сетей поездной радиосвязи и передачи данных по радиоканалу в частотном диапазоне 160 МГц.
