Александр Вериго, начальник отделения связи, ОАО «НИИАС»
Татьяна Климова, ведущий научный сотрудник, ОАО «НИИАС»
К настоящему времени определены основные направления развития технологической радиосвязи железнодорожного транспорта, предусматривающие переход от аналоговых сетей к цифровым.
Действующие сети технологической радиосвязи обеспечивают организацию поездной линейной радиосвязи на всем пространстве железных дорог (свыше 87 тыс. км) преимущественно в диапазоне 2 МГц и организацию станционной радиосвязи на всех станциях сети дорог в диапазоне 160 МГц. С учетом больших объемов радиосредств, установленных на станциях и подвижных объектах, модернизация технологической связи требует значительных финансовых ресурсов, займет довольно длительный период времени, в течение которого необходимо обеспечивать совместимость действующих технических средств радиосвязи и новых цифровых. Принципиально меняется идеология развития технологической радиосвязи. Действующие сети связи ориентированы преимущественно на организацию радиотелефонной связи (поездной и станционной). Сейчас сохраняются требования по совершенствованию радиотелефонной связи и развиваются сети, обеспечивающие передачу данных по радиоканалу для систем управления движением поездов.
Принципиальным моментом концепции развития технологической радиосвязи является ориентация на открытые, соответствующие международным и российским требованиям стандарты, что обеспечивает совместимость систем, возможность использования технических средств различных производителей и позволяет минимизировать затраты на приобретение оборудования.
Рекомендациями Международного союза железных дорог (МСЖД) определены требования к построению и функциональным характеристикам системы технологической радиосвязи GSM-R, действующей в полосах радиочастот 876,0–880,0 и 921,0–925,0 МГц. Использование данной системы предусматривает построение централизованной линейной системы радиотелефонной связи и передачи данных. Система ориентирована на работу при скоростях движения поездов свыше 400 км/ч, обеспечивает режимы группового и индивидуального взаимодействия абонентов, режим автоматической коммутации каналов при переходе из зоны одной базовой станции к другой и ряд других функций, характерных для систем стандарта GSM. Особенности построения системы в условиях российских железных дорог связаны с выполнением требований по организации связи дежурных по станциям (распределенным по диспетчерскому участку), формированию особых принципов нумерации абонентов (локомотивных радиостанций): дополнительно к индивидуальному номеру – присвоение номера поезда и локомотива и др. В настоящее время стационарными устройствами системы GSM-R оборудован участок Нестеров – Калининград – Балтийск Калининградской ж/д и участки Туапсе – Сочи – Адлер – Альпика – Сервис и Адлер – Веселое Северо-Кавказской ж/д. Функциональная схема организации GSM-R приведена на рис. 1.
Планы развития ОАО «РЖД» предусматривают организацию высокоскоростного (на специализированных магистралях со скоростями движения поездов до 400 км/ч) и скоростного пассажирского (между крупными региональными центрами с максимальной скоростью до 200 км/ч) движения на существующих и вновь строящихся участках железных дорог, развитие движения тяжеловесных поездов, увеличение средней длины грузового поезда, повышение скорости движения грузовых поездов. Комплексный подход для достижения поставленных целей включает развитие инфраструктуры и ее реконструкцию, обновление (в том числе модернизацию) парка тягового подвижного состава. Перечисленные направления развития отрасли в целом обусловливают необходимость соответствующего совершенствования применяемых систем и средств радиосвязи.
Для обеспечения задач организации скоростного и высокоскоростного движения поездов на первом этапе в качестве основного средства технологической радиотелефонной связи, а также для организации каналов передачи данных для систем управления движением поездов, в частности обеспечивающих безопасность движения, должно предусматриваться использование системы GSM-R.
Рис. 1. Организация системы поездной радиосвязи стандарта GSM-R
Очевидно, что в современных условиях должен прорабатываться вопрос о переходе к использованию системы радиосвязи четвертого поколения; для железнодорожного транспорта это LTE-R (или eLTE в терминологии компании Huawei). Однако создание такой системы требует решения ряда организационных (прежде всего в части выделения необходимого частотного ресурса) и технических проблем (связанных в основном с организацией связи при максимальных скоростях движения поездов).
На участках железных дорог, не предусматривающих организацию движения при скоростях свыше 200 км/ч, по экономическим и ряду технических факторов целесообразно ориентироваться на использование сетей поездной радиосвязи стандарта DMR. На участках высокоскоростного движения поездов система DMR должна использоваться как дополнительная система, резервирующая систему GSM-R.
Решения по организации систем стандарта DMR, имеющиеся у мировых лидеров по производству средств радиосвязи, традиционно разрабатывающих и поставляющих оборудование для профессиональных сетей радиосвязи, не могут быть использованы для нужд российских железных дорог. Специфические требования обусловлены особенностями технологических процессов, для выполнения которых предназначены различные сети железнодорожной радиосвязи. Для системы поездной голосовой радиосвязи, предназначенной для обеспечения переговоров между поездным диспетчером и машинистом, между дежурным по станции и машинистом, а также между машинистами поездов, необходимо наличие линейной системы, с расстановкой ретрансляторов вдоль железнодорожных линий, а также диспетчерской подсистемы, обеспечивающей выполнение необходимых голосовых вызовов названным стационарно размещенным абонентам (рис. 2). Технические требования по организации поездной радиосвязи на основе стандарта DMR предусматривают ее адаптацию к условиям российских железных дорог и выполнение основных функциональных требований МСЖД, сформированных в рамках рекомендаций ЕIRENE для системы GSM-R.
Система поездной радиосвязи стандарта DMR действует в диапазоне 160 МГц и обеспечивает:
- организацию связи машинистов поездных локомотивов и других видов подвижного состава с диспетчерским аппаратом и дежурными по станциям;
- организацию индивидуальных и групповых вызовов и взаимодействий;
- при перемещениях локомотивов между зонами радиосвязи различных стационарных радиостанций (ретрансляторов) автоматическое переключение на радиочастотные каналы этих радиостанций;
- формирование виртуальных динамических групп для обеспечения групповых взаимодействий при движении поезда, в частности для групповых соединений с дежурными по станциям вдоль участка;
- организацию конференцсвязи для переговоров поездного диспетчера и дежурного по станции с машинистами поездов и др.
В системе должна поддерживаться специальная адресация с применением не только индивидуальных номеров радиостанций, размещенных на подвижном составе, но и номеров поездов, которые присваиваются поезду в момент формирования и на время следования его по маршруту. Предусматривается использование индивидуальных и групповых вызовов. Вызовы в системе должны осуществляться при минимальном количестве манипуляций со стороны любого абонента; должен быть исключен набор номера или выбор из обширного списка при вызовах со стороны машиниста поезда. Это становится нетривиальной задачей, если принять во внимание факт перемещения поезда по участку и соответствующей смене тех абонентов, которых нужно вызывать.
Для обеспечения внедрения сетей технологической радиосвязи стандарта DMR ОАО «НИИАС» совместно со специалистами ФГУП «НИИРадио» разработан частотный план технологической радиосвязи ОАО «РЖД» в диапазоне 160 МГц. Для реализации режима двухчастотного симплекса с чередованием частот для организации сетей поездной и станционной радиосвязи стандарта DMR предусмотрено выделение частотного ресурса в полосе 155,0–156,0 МГц – для частот передачи базовых станций (ретрансляторов) и в полосе 151,7–154,0 МГц – для частот передачи локомотивных радиостанций. Сложность частотного планирования радиосетей стандарта DMR обусловлена тем, что частотный ресурс в диапазоне 160 МГц в значительной степени занят действующими сетями станционной, ремонтно-оперативной радиосвязи, сетями передачи данных систем управления движением поездов, а также тем, что развитие цифровой системы преимущественно связано с организацией радиосетей в крупных железнодорожных узлах, которые включают несколько возможных направлений движения поездов и, следовательно, должны использовать для организации радиосвязи четыре-пять совместимых групп радиочастот.
Принятию решения об использовании на сети железных дорог поездной радиосвязи на основе стандарта DMR предшествовал цикл испытаний и адаптации к условиям РЖД аппаратуры различных производителей в опытных районах:
- на участке Владимир – Ундол – Колокша – Болдино Горьковской ж/д протяженностью 48 км и участке Пермь – Чепца Свердловской ж/д протяженностью 216 км на основе аппаратных средств компании «Моторола» и программных продуктов компании «Неоком Софтвеа»;
- на участке Ковров – Владимир Горьковской ж/д протяженностью 65 км на основе аппаратуры компании «Пульсар-Телеком» (г. Пенза);
- на участке Юски – Ижевск Люкшудья Горьковской ж/д протяженностью 45 км на основе аппаратуры ОАО «Ижевский радиозавод».
В результате проведенных испытаний уточнены требования к структуре системы (целесообразно использование ретрансляторов), предусмотрен переход на распределенную (децентрализованную) структуру построения системы, гарантирующую высокий уровень надежности при возможных отказах элементов сети, откорректированы требования к абонентскому терминальному оборудованию (следует ориентироваться на применение специализированных терминалов связи с «тач-скрин» экранами).
Использование цифровой системы технологической радиосвязи стандарта DMR на железнодорожном транспорте обеспечивает:
- повышение надежности поездной радиосвязи на основе перехода из диапазона 2 МГц с чрезвычайно высокими уровнями радиопомех, создаваемых современными типами локомотивов, в диапазон 160 МГц;
- повышение качества радиотелефонной связи, существенное улучшение разборчивости речи в условиях акустических помех;
- решение проблемы организации связи для большого количества групп абонентов, параллельно работающих в крупных железнодорожных узлах, на основе перехода при организации поездной радиосвязи из диапазона 2 МГц (два рабочих канала) в диапазон 160 МГц;
- повышение безопасности проведения технологических операций на станциях на основе реализации ряда дополнительных функций, выполняемых аппаратными средствами системы: функция «мэндаун» – остановка локомотива при падении абонента (составителя, участвующего в расформировании состава на станции), контроль канала составитель – машинист и остановка локомотива при нарушении канала связи;
- расширение функциональных характеристик систем технологической радиосвязи, в том числе с использованием средств радионавигации Глонасс/GPS.
Дальнейшее развитие систем стандарта DMR на железнодорожном транспорте должно предусматривать их использование в системах автоматического управления движением поездов, обеспечивающих безопасность движения, оптимизацию процессов управления и потребления энергоресурсов. Предусматривается построение систем управления движением поездов с реализацией режимов взаимодействия между центрами управления движением или станционными системами управления и бортовыми локомотивными системами управления. В целях оптимизации процессов управления тяжеловесными и длинносоставными поездами планируется построение систем в режимах взаимодействия «локомотив – локомотив» (блок хвостового вагона) с ретрансляцией сигналов по наземной инфраструктуре DMR.
