Admin

Цифровизация радиоканала поездной радиосвязи

О.С. АНДРУШКО, главный специалист отделения связи ОАО «НИИАС»

Модернизация поездной радиосвязи на участках железных дорог второй категории и ниже путем перевода радиоканала поездной радиосвязи с аналогового режима обмена сигналами на цифровой возможен за счет применения стандарта конвенциональной профессиональной радиосвязи DMR (Digital Mobil Radio). Такой вариант модернизации рассматривается в статье.

Стандарт конвенциональной профессиональной радиосвязи разработан Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI) как единый общеевропейский открытый стандарт цифровой радиосвязи. В нем в рамках существующих лицензированных каналов диапазона частот 151,725 - 156,000 МГц на каждой несущей организуется два временных канала с использованием многоуровневой частотной манипуляции 4FSK.

В конвенциональных системах реализуется принцип фиксированного закрепления каналов связи за определенной группой абонентов. Эти системы по сравнению с другими системами подвижной радиосвязи обладают большей оперативностью, характеризующейся малым временем установления канала связи. Основным типом вызова в них является групповой, при котором переговоры происходят по принципу «каждый со всеми». Вместе с тем, используемые в сетях конвенциональной радио-
связи системы избирательного вызова, основанные на различных методах сигнализации, позволяют разделять группы абонентов и осуществлять не только групповые, но и индивидуальные вызовы.

Как известно, действующая на сети железных дорог система поездной радиосвязи может быть отнесена к классу конвенциональных систем. Она состоит из цепочки стационарных радиостанций, управляемых распорядительной станцией, и локомотивных радиостанций. Диспетчер с распорядительной станции может вести переговоры на закрепленной частоте через одну из стационарных радиостанций с соответствующим машинистом локомотива.


Использование стандарта DMR на линиях второй категории и ниже создаст ряд преимуществ. Во-первых, расширятся функциональные возможности поездной радиосвязи при организации на каждом частотном канале двух таймслотов. При этом один из таймслотов можно зарезервировать для передачи речевых сигналов поездного диспетчера, другой -для речевых сигналов машинистов локомотивов в зоне закрытых станций или для передачи данных в виде коротких сообщений, сигнальных сообщений, управляющих команд, в том числе, команд экстренного торможения. Во-вторых, сохранятся организационные и эксплуатационные характеристики традиционной линейной системы поездной радиосвязи, ориентированные на локальные диспетчерские круги. В-третьих, повысится эффективность использования существующего частотного ресурса и не придется приобретать лицензию на другие частоты. В-четвертых, появится возможность постепенной замены аналоговых локомотивных радиостанций на цифровые без перерывов и нарушений основного технологического процесса и возможность их одновременного функционирования. В-пятых, обеспечивается экономия финансовых средств за счет низкой стоимости строительно-монтажных работ и оборудования цифрового стандарта DMR.

Высокий потенциал стандарта DMR дает основание считать, что с его помощью можно не только модернизировать аналоговую систему поездной радиосвязи без изменения частотного диапазона, но и дополнить ее цифровым каналом передачи данных.

Напомним, что действующая поездная радиосвязь в настоящее время организована локально, в пределах диспетчерского круга. В ее состав входят распорядительная станция и стационарные радиостанции, соединенные линейным каналом (физическая линия, канал ТЧ). Стационарные радиостанции по радиоканалу соединяются с мобильными абонентами данного круга.

Следует отметить, что с 2000 г. аналоговый линейный канал повсеместно заменяется на цифровой со скоростью 64 кбит/с. При этом аналоговые стационарные радиостанции подключаются к цифровому линейному каналу по аналоговому интерфейсу, а локомотивные и стационарные радиостанции в радиоканале взаимодействуют в аналоговом режиме. Такая комбинированная схема, однако, ограничивает использование возможностей «цифры». В последнее время в рамках модернизации поездной радиосвязи линейный канал между распорядительной станцией и стационарными радиостанциями организуется по IP-сетям, где распорядительные станции и стационарные радиостанции оборудуются цифровыми интерфейсами типа Ethernet 10/100 Base-T. В результате этого повышается живучесть и качество поездной радиосвязи, сокращается время установления соединений, появляется возможность эффективного мониторинга стационарных и локомотивных радиостанций.


Что касается радиоканала поездной радиосвязи, то он, в основном, функционирует в диапазоне гектометровых волн на общей частоте 2,130 МГц и использует частотно-фазовую модуляцию. Этот диапазон подвержен воздействию индустриальных помех. Для обеспечения требуемой дальности радиосвязи применяются направляющие линии, посредством которых электромагнитная энергия от стационарных радиостанций канализируется вдоль железнодорожных линий. Такое устройство радиосвязи существует только на отечественных дорогах. Эксплуатация направляющих линий требует больших материальных затрат на обслуживание. Кроме того, при действующей системе поездной радиосвязи радиоканал загружен продолжительными тональными посылками вызовов и мешающими переговорами в групповом канале. К тому же в режиме ТУ-ТС скорость передачи данных низкая.


Рассмотрим, как технически возможно реализовать стандарт DMR. Структурная схема организации поездной радиосвязи в диапазоне 160 МГц при использовании технологии DMR для переходного периода внедрения цифровых локомотивных радиостанций приведена на рис. 1. Распорядительная станция и стационарные радиостанции имеют стыки 10/100 BASE-T и взаимодействуют через IP-сеть. Одна часть локомотивного парка остается оборудованной аналоговыми радиостанциями, другая - постепенно оборудуется цифровыми. При этом стационарные радиостанции могут функционировать как в аналоговом,так и в цифровом режимах. Высокочастотная часть приемника - общая для обоих режимов работы, а низкочастотная разделена на аналоговый и цифровой. Мониторинг и администрирование оборудования осуществляются с автоматизированного рабочего места поездной радиосвязи АРМ ПРС.

Технология цифровой радиосвязи, применяемая в DMR, поясняется на рис. 2, протокол DMR с временным разделением каналов представлен на рис. 3. Сравнительный анализ качества речевого сигнала и покрытия участка для аналоговой технологии и DMR показывает, что качество аналогового сигнала ухудшается линейно в пределах зоны покрытия, тогда как цифровой сигнал в той же зоне и на ее краях имеет более стабильный характер.

В рамках стандарта DMR могут быть реализованы индивидуальные вызовы от распорядительной станции к локомотивной радиостанции и обратно, групповые вызовы от распорядительной станции к группе или ко всем локомотивным радиостанциям, а также вызовы с одной локомотивной радиостанции на другую и аварийный вызов. Время установления соединения занимает 1-2 с.

Длительность одного таймслота, организующего логический канал, составляет 30 мс. Из них 27,5 мс отведены под полезную нагрузку объемом 216 бит, 2,5 мс - под 48 сигнальных битов. Защитный межинтервальный разнос между таймслотами равен 2,5 мс. Таким образом, канальная скорость передачи данных при использовании одного таймслота равна 2160 бит/с. Если применены два таймслота, скорость передачи возрастает до 4 кбит/с. С целью интеграции радиостанций в системы передачи данных подключение к внешним устройствам может производиться через порт USB с использованием пакетной передачи по протоколу UDP/1P v4. В этом случае в зависимости от длины IP-пакетов скорость передачи будет снижаться за счет заголовков.

Испытания оборудования системы цифровой радиосвязи по технологии DMR для сетей станционной и ремонтно-оперативной радиосвязи проведены на Горьковской железной дороге. Проверены функциональные возможности этой системы в цифровом и аналоговом режимах, совместимость с существующим парком аналоговых радиостанций, обмен цифровой информацией.

Испытания показали возможность перевода системы поездной радиосвязи на технологию DMR на железнодорожных линиях второй и ниже категорий. Однако необходима разработка требований и основных технических решений для внедрения этой системы.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК

СЦБот

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Автоматика, связь, информатика".

Перенес: Admin