Системы железнодорожной автоматики, телемеханики и связи

1.

Системы железнодорожной автоматики,
телемеханики и связи

2.

ПОЕЗДНАЯ РАДИОСВЯЗЬ
Поездная радиосвязь (ПРС) - система железнодорожной радиосвязи для
оперативного управления движением поездов, обеспечивающая обмен
информацией между машинистами железнодорожного подвижного состава
и оперативным диспетчерским персоналом диспетчерских центров
управления, дежурными по железнодорожным станциям, машинистами
встречных и вслед идущих поездов и другим персоналом, связанным с
поездной работой
Система ПРС должна быть организована в диапазонах частот, выделенных
решениями ГКРЧ для организации сетей технологической железнодорожной радиосвязи:
- гектометровом диапазоне длин волн (2 МГц);
- метровом диапазоне длин волн (160 МГц);
- дециметровом диапазоне длин волн (900 МГц - стандарт GSM-R,
460 МГц - стандарт TETRA).

3.

Принцип организации системы поездной радиосвязи
В линейных сетях поездной радиосвязи стационарные радиостанции
(базовые станции), распределенные вдоль диспетчерского участка
железной дороги, соединяются с распорядительной станцией
(коммутационным оборудованием) с помощью линейного канала.
При выборе цифрового стандарта при организации поездной радиосвязи
должны учитываться условия обеспечения совместимости (в том числе
интероперабельности) смежных участков железнодорожных линий.
Система поездной радиосвязи реализуется с использованием аналоговых,
цифровых и сочетания аналоговых и цифровых видов радиосвязи.

4.

Линейные аналоговые сети поездной радиосвязи могут быть организованы с
использованием метрового и гектометрового радиочастотного диапазона.
Рисунок А.1 - Схема организации линейной сети ПРС с использованием
аналоговых каналов радиосвязи

5.

Организация поездной радиосвязи с использованием направляющих линий
Поскольку в гектометровом диапазоне уровни радиопомех велики, а
согласно п. 6.42 Правил технической эксплуатации железных дорог (ПТЭ)
поездная радиосвязь должна обеспечивать надежную двустороннюю связь
между абонентами радиосети, то для увеличения дальности и повышения
качества поездной радиосвязи должен быть обеспечен высокий уровень
радиосигналов на входе приемников радиостанций. Это достигается
передачей высокочастотных сигналов по проводным направляющим
линиям (НЛ), идущим вдоль железнодорожного пути. Излучающая антенна
стационарной радиостанции располагается рядом с горизонтальным
проводом-волноводом и возбуждает в нем электрические колебания вдоль
этого волновода, который вторично излучает электромагнитную волну. В этом
случае связь с локомотивами осуществляется не электромагнитными волнами
излучения,
а
электромагнитными
полями
индукции,
распространяющимися по направляющим линиям с меньшим затуханием, чем
при излучении.

6.

В результате дальность поездной радиосвязи увеличивается. Так как
направляющие линии идут вдоль пути, повторяя все изгибы, то и
электромагнитная наведенная энергия распространяется вдоль волновода,
повторяя все изгибы пути, поэтому уровни сигналов на локомотивной и
стационарной радиостанциях практически не зависят от характера
местности, в том числе и в полностью закрытых зонах для прямой
радиосвязи, например в тоннелях и горных районах.
В качестве направляющих линий используются специально
подвешиваемые одно и двухпроводные линии, провода воздушных линий
связи, линии электроснабжения 6, 10 и 27 кВ, провода высоковольтных
линий автоблокировки и т.д. Для запитки таких линий высокочастотными
сигналами, обхода силовых подстанций и искусственных сооружений, а
также для устранения наведенных напряжений, в направляющих линиях
устанавливают различные дополнительные элементы – фильтры,
разделительные конденсаторы, заградительные резисторы и т.д.
Следовательно, НЛ представляет собой сложную распределенную систему.

7.

В настоящее время наиболее широко используются два вида
направляющих линий: типовой непрерывный волноводный провод и
разрезной провод в местах подключения стационарной радиостанции.
Последний дает возможность осуществлять качественную развязку между
сигналами радиостанций соседних перегонов небольшой протяженности,
например в крупных городах.
Схема организации двусторонней поездной радиосвязи с
использованием направляющих линий представлена на рисунке.
РВ
Направляющая линия
Пульт
поездного
диспетчера
Пульт
дежурного
по станции
РС
РС
РС
Линии поездной диспетчерской связи
Вызывное
устройство
станция А
станция Б
станция В
Рисунок 1.1 – Схема поездной радиосвязи с использованием направляющих линий

8.

Линейные цифровые сети поездной радиосвязи могут быть организованы
с использованием GSM-R, TETRA и других стандартов радиосвязи.
Рисунок А.1 - Схема организации линейной сети ПРС с использованием
каналов радиосвязи цифровых стандартов

9.

Зонные сети поездной радиосвязи организуются на ограниченной
территории железнодорожной линии без подключения стационарных
радиостанций к распорядительной станции.
Рисунок А.3 - Схема организации зонной сети поездной радиосвязи

10.

Скоростные и высокоскоростные участки железных дорог должны
оборудоваться цифровыми системами радиосвязи, обеспечивающими
поездную радиосвязь при наибольших допустимых скоростях движения, с
использованием цифровых каналов сетей связи
Линейные цифровые сети поездной радиосвязи строят в соответствии со
структурой и техническими средствами используемого стандарта цифровой
радиосвязи (GSM-R, TETRA и др.).
В состав цифровой сети поездной радиосвязи входят:
- базовые станции;
- цифровая сеть передачи данных;
- возимые (локомотивные) радиостанции;
- носимые радиостанции;
- пульты управления;
- коммутационное оборудование сети радиосвязи;
- диспетчерская система;
- система управления сетью.

11.

В системе поездной радиосвязи используются групповые,
избирательные и индивидуальные вызовы.
Групповой и избирательный вызовы в цифровой системе радиосвязи
осуществляются в соответствии с алгоритмом используемого стандарта
цифровой радиосвязи.
В аналоговых системах вызов машинистов поездных локомотивов от
поездных диспетчеров и дежурных по железнодорожным станциям должен
быть как групповым, так и индивидуальным (при использовании
стационарных радиостанций с цифровым интерфейсом).
При использовании стационарных радиостанций с цифровым
интерфейсом должна обеспечиваться возможность вызова и ведения
переговоров между поездным диспетчером и дежурными по
железнодорожным станциям, а также между дежурными по
железнодорожным станциям без использования радиоканала и
переадресация вызова, поступившего на радиостанцию с выключенным
пультом, установленную на станции, где нет круглосуточного дежурства, на
соседнюю радиостанцию.

12.

В линейной сети аналоговой поездной радиосвязи при поступлении
вызова от локомотивной радиостанции должен осуществляться
автоматический выбор стационарной радиостанции:
а) имеющей цифровой интерфейс - с наибольшим отношением
сигнал/шум, а при их равенстве - с наибольшим уровнем ВЧ-сигнала;
б) имеющей аналоговый интерфейс - с наибольшим уровнем ВЧсигнала, с исключением возможности подключения двух радиостанций к
линейному каналу.

13.

ЦИФРОВЫЕ КАНАЛЫ
РАДИОСВЯЗИ

14.

Структурная схема цифрового канала радиосвязи
На рисунке представлена упрощенная структурная схема цифрового
канала связи с системами статистического и помехоустойчивого
кодирования и декодирования.
Tel
Ант
УЗЧ
ЦАП
Декодер
речи
Декодер
канала
Приемник
fгет
Дисплей
Логический
блок
(контроллер)
Синтезатор
частоты
К
Номеронабиратель
f а/г
Mic
УЗЧ
АЦП
Кодер
речи
Кодер
канала
Передатчик
Структурная схема радиостанции цифрового канала связи
Микрофонный сигнал, прошедший усиление (УЗЧ), в каскаде аналогоцифрового преобразования (АЦП) превращается в цифровой сигнал,
имеющий, как правило, повышенную избыточность. Кодеры и декодеры
речи (кодеки) снижают в передающем тракте и восстанавливают в
приемном − избыточность оцифрованного аналогового сигнала.

15. Система TETRA

СИСТЕМА TETRA
TETRA представляет собой стандарт цифровой транкинговой радиосвязи,
состоящий из ряда спецификаций, разработанных Европейским институтом
телекоммуникационных стандартов ETSI (European Telecommunications
Standards Institute). Стандарт TETRA создавался как единый общеевропейский
цифровой стандарт. Поэтому до апреля 1997 г. аббревиатура TETRA означала
Трансевропейское транкинговое радио (Trans-European Trunked RAdio). В
настоящее время TETRA расшифровывается как Наземное транкинговое
радио (Terrestrial Trunked RAdio).
Стандарт TETRA состоит из двух частей: TETRA V+D (TETRA Voice+Data) стандарта на интегрированную систему передачи речи и данных, и TETRA
PDO (TETRA Packet Data Optimized) - стандарта, описывающего специальный
вариант транкинговой системы, ориентированный только на передачу данных.
В стандарт TETRA входят спецификации беспроводного интерфейса,
интерфейсов между сетью TETRA и цифровой сетью с интеграцией услуг
(ISDN), телефонной сетью общего пользования, сетью передачи данных,
учрежденческими АТС и т. п. В стандарт включено описание всех основных и
дополнительных услуг, предоставляемых сетями TETRA. Специфицированы
также интерфейсы локального и внешнего централизованного управления
сетью.
Радиоинтерфейс стандарта TETRA предполагает работу в стандартной
сетке частот с шагом 25 кГц. Необходимый минимальный дуплексный
разнос радиоканалов - 10 МГц. В странах Европы за службами безопасности
закреплены диапазоны 380-385/390-395 МГц, а для коммерческих организаций
предусмотрены диапазоны 410-430/450-470 МГц. В Азии для систем TETRA
используется диапазон 806-870 МГц.

16.

В системах стандарта TETRA V+D используется метод многостанционного
доступа с временным разделением каналов связи. На одной физической
частоте может быть организовано до 4 независимых информационных
каналов.
Сообщения передаются мультикадрами длительностью 1,02 с. Мультикадр
содержит 18 кадров, один из которых является контрольным. Кадр имеет
длительность 56,67 мс и содержит 4 временных интервала (time slots). В
каждом из временных интервалов передается информация своего временного
канала. Временной интервал имеет длину 510 бит, из которых 432 являются
информационными (2 блока по 216 бит).
В системах стандарта TETRA используется относительная фазовая
модуляция типа p/4-DQPSK (Differrential Quadrum Phase Shift Keying).
Скорость модуляции - 36 Кбит/с.
Особенности системы вызовов в стандарте ТЕТRА
Возможен ндивидуальный вызов между двумя мобильными абонентами в
дуплексном режиме или в режиме двухчастотного симплекса (полудуплексный
режим). Групповой вызов предполагает установление связи между вызывающим
абонентом и группой вызываемых. Это происходит только в режиме
двухчастотного симплекса и характеризуется термином «каждый слышит
каждого». Для организации групповой связи используется групповой номер,
который присваивается каждому из членов группы. Его можно устанавливать при
конфигурации системы или динамически по интерфейсу. Групповой вызов
передается теми базовыми станциями, в зоне действия которых зарегистрированы
мобильные абоненты данной группы.

17.

Системы стандарта TETRA могут функционировать в следующих режимах:
транкинговой связи; с открытым каналом; непосредственной связи.
Для увеличения зон обслуживания в стандарте TETRA предусматривается
возможность использования абонентских радиостанций в качестве
ретрансляторов.
Мобильные терминалы
Портативные терминалы
Стационарные терминалы

18. Транкинговая связь

ТРАНКИНГОВАЯ СВЯЗЬ
Транкинг (trunking) – метод равного доступа абонентов к общей для
них группе каналов связи, при котором конкретный канал
предоставляется абоненту для каждого сеанса связи заново.
Транкинговые системы связи – системы связи, осуществляющие
автоматическое распределение каналов связи между абонентами. При
этом распределение каналов может быть как централизованным, так и
распределенным.

19. Транкинговые сети. Архитектура

ТРАНКИНГОВЫЕ СЕТИ. АРХИТЕКТУРА
Однозоновые системы

20. Транкинговые сети. Архитектура

ТРАНКИНГОВЫЕ СЕТИ. АРХИТЕКТУРА
Многозоновые системы

21. Транкинговые сети

ТРАНКИНГОВЫЕ СЕТИ
Предоставляемые услуги:
• индивидуальные вызовы (симплекс / дуплекс)
• групповые вызовы (со всеми членами группы)
• широковещательные вызовы
• выход в обычную телефонную сеть (проводную/сотовую)
• передача коротких сообщений
• передача данных (в том числе выход в интернет)
• режим работы без базовой станции (direct mode)

22. TETRA. Основные отличия от GSM

TETRA. ОСНОВНЫЕ ОТЛИЧИЯ ОТ GSM
GSM System
TETRA System
Designed for public cellular
telephony.
Designed for professional mobile
radio applications.
Based on Frequency Division
Multiplication Access (FDMA)
Based on Time Division
Multiplication Access (TDMA) –
Economy on frequency spectrum
Not suitable for emergency services Suitable for emergency services due
(Call set up time ~ a few seconds). to very fast call set up time (300 ms)
Do not maintain privacy and mutual
security.
Maintain privacy and mutual security.
Direct Mode Operation(DMO) is not
possible.
Direct Mode Operation(DMO) is
possible, which supports voice and
data transmission without a Base
Station between Radio Terminals.
22

23.

В транкинговых системах вместо одного канала, к которому обращается
несколько пользователей, содержится группа каналов, доступных всем
пользователям данной системы. Когда кто-либо из них захочет провести
сеанс связи, он автоматически получает доступ к любому свободному
каналу. По окончании соединения канал может быть автоматически
предоставлен другому.
Существует несколько базовых разновидностей транкинговых
систем.
http://library.tuit.uz/el_ucheb/uchebnoe_posobie_AMS_%20i_RRV/files/1.htm

24. Без канала управления

БЕЗ КАНАЛА УПРАВЛЕНИЯ
В этом случае свободный канал “помечается” специальным сигналом –
маркером. Центральная станция (ЦС) такой системы периодически
передает
определенную
последовательность,
автоматически
распознаваемую станцией абонента. В случае вызова радиостанция
занимает любой из свободных каналов. Все это происходит незаметно для
пользователя.
К таким системам относятся SmarTrunk II фирмы "SmarTrunk System inc." и
Larcer фирмы "CES".

25. Без канала управления

БЕЗ КАНАЛА УПРАВЛЕНИЯ
Достоинства таких систем – это дешевое базовое и периферийное
оборудование, простота установки и эксплуатации.
Недостатки этих систем:
- при увеличении количества каналов и загрузки системы существенно
увеличивается время поиска свободного радиоканала для установления
связи;
- время установления связи больше, чем у других систем;
- невозможность создания многозоновых систем;
- сокращенный набор функций и сервиса.

26. С каналом управления

С КАНАЛОМ УПРАВЛЕНИЯ
Присутствие канала управления сводит к минимуму время ожидания
соединения. В этом случае система сама определяет наличие незанятых
каналов и переключает на них станцию абонента.
Многие крупнейшие компании используют
управление на основе выделенного канала.
при
построении
сети

27. С каналом управления

С КАНАЛОМ УПРАВЛЕНИЯ
Микропроцессорный блок управления контролирует все базовые
станции в зоне обслуживания. Один из каналов выделяется для
использования исключительно в целях управления и представляет
собой своеобразное "руководящее звено" данной системы. Его основная
функция – установление соединения между двумя абонентами сети.