Системы и сети связи на железнодорожном транспорте.

Место системы связи на железнодорожном транспорте, системы технологической связи как составной части технологического процесса перевозок грузов и пассажиров можно представить себе, рассматривая общую структуру единой сети электросвязи (ЕСЭ) Российской Федерации. Она включает сеть общего пользования и сеть ограниченного пользования. Последняя состоит из выделенной сети, сети технологической связи и сети специального назначения. Сеть технологической связи представляет собой сеть разных ведомств: РАО ЕЭС, Газпром, транспорт (в том числе и железнодорожный) и др. Из этого следует, что сеть связи железнодорожного транспорта есть составная часть ЕСЭ. Это накладывает определенные требования к построению сети, пониманию ее роли в общей системе связи России и ее техническому и организационному построению.

Являясь частью ЕСЭ, сеть технологической связи железнодорожного транспорта должна удовлетворять всем требованиям по качеству функционирования, международным стандартам и нормам, чтобы быть востребованной для замен, обходов, резервирования и других целей.

Телекоммуникационная сеть является составной частью инфокоммуникационной сети, которая представляет совокупность средств обработки и передачи информации и образует информационное пространство.

Место системы связи, системы телекоммуникаций в информационном пространстве можно представить в виде одного звена информационной цепи, которая включает в себя различные этапы работы с информацией. Это генерация, преобразование, передача, хранение и обработка информации. Пользователи информационных услуг являются источниками и потребителями информации. Эту часть информационного поля можно представить в виде звена — информационные ресурсы. Информация не только возникает и потребляется непосредственно пользователями, но и хранится в базах данных, на ее основе производятся вычисления по тем или иным программам. Это звено

информационной цепи — вычислительная техника в виде информационных хранилищ и персональных компьютеров. Связующим звеном между информационными ресурсами и вычислительной техникой является система связи.

В ней происходят преобразование любого вида информации (аудио, видео, текст, данные) в сигнал и транспортировка его в любую точку пространства, на любые расстояния, в любых условиях.

Согласно закону «О связи» под термином «Электрическая связь» (электросвязь) понимается всякая передача или прием знаков, сигналов, письменного текста, изображений, звуков по проводной, радио-, оптической и другим электромагнитным системам. В Рекомендациях Международного Союза Электросвязи МСЭ Q.9 и МСЭ I.112 под этим понимают средство, позволяющее корреспонденту доставлять одному или нескольким корреспондентам (или возможным корреспондентам) информацию любого рода в разной форме (рукописный или печатный документ, неподвижное или подвижное изображение, речь, музыка, видимые или слышимые сигналы, сигналы управления и т.д.) с использованием любой электромагнитной системы (проводная, оптическая передачи, радиопередача или сочетание этих систем). Там же определена услуга связи как вид обслуживания, который полностью реализует возможности (включая функции терминального оборудования) связи между пользователями в соответствии с протоколами, установленными для соответствующего вида связи.

Из этого следует, что система телекоммуникаций представляется совокупностью технических средств ввода/вывода (терминалы), передачи (электромагнитные системы и каналообразующая аппаратура) и распределения информации (коммутаторы), пронизывающих все информационное пространство.

Применительно к нуждам железнодорожного транспорта структуру сети связи можно представить в виде схемы, представленной на рисунке 1.13

Рис.1.13. Общая структура сети связи на железнодорожном транспорте

Физические средства взаимодействия образуются первичной сетью (транспортной сетью), создающей множество стандартных каналов, по которым можно передавать любую информацию.

Область взаимодействия представлена вторичными сетями (сетями доступа). С их помощью на базе стандартных каналов организуются обмен аудио- или видеоинформацией, документальной информацией, данными между вычислительными машинами и др. С помощью вторичных сетей осуществляется распределение информации в соответствии с адресом и взаимодействие пользователей с сетью связи посредством различного рода терминалов (телефонные и телеграфные аппараты, автоматизированные рабочие места (АРМ), компьютеры, вычислительные машины и пр.).

На основе первичной и вторичных сетей организуются сервисные службы, формируются услуги связи, потребляемые прикладными процессами.

Основными среди них являются следующие.

Общетехнологическая телефонная связь (ОбТС), обеспечивающая передачу речи в системе административного управления, обмен аудио-сообщениями между работниками различных служб в подразделениях транспорта, обмен сообщениями между работниками транспорта и клиентурой и др.

Оперативно-технологическая телефонная связь (ОТС), являющаяся составной частью технологического процесса в системе диспетчерского руководства движением поездов, энергохозяйстве, хозяйствах сигнализации и связи и пр. Кроме того, это связь в технологических процессах на станциях (стрелочная, парковая, горочная, директорская и др.).

Телеграфная связь (ТЛГ) и факсимильная связь (ФС) обеспечивают обмен документальными сообщениями (распоряжения, приказы, формы отчетности, предупреждения и пр.) как в системе административного управления, так и в технологических процессах.

Связь передачи данных (СПД) обеспечивает передачу информации в автоматизированной системе управления железнодорожным транспортом (АСУЖТ) между вычислительными машинами, базами и банками данных и потребителями.

Радиосвязь (PC), радиорелейная связь (РРС) и спутниковая связь (СС) дают возможность организовать взаимодействие между труднодоступными территориями и служат надежным резервом для проводных средств связи в случае выхода их из строя. Могут использоваться для оперативного руководства, в станционной работе, для громкоговорящего оповещения пассажиров на станциях. В последнее время распространение получает мобильная связь с подвижными объектами.

Связь системы железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ) обеспечивает работу устройств диспетчерской централизации (ДЦ) и диспетчерского контроля (ДК), передачу информации в системах телеуправления и телесигнализации (ТУ-ТС).

Система электросвязи — это совокупность организационно-технических средств, состоящая из линий связи, систем передачи, узлов коммутации, оконечных пунктов (терминалов), абонентских линий и магистральных каналов, обеспечивающих передачу сигналов от источников к получателям, расположенных в разных точках. Обобщенная структурная схема системы связи представлена на рис. 1.14.

Рис. 1.14. Обобщенная структура системы электросвязи

Источником сообщения (ИС) генерируется сообщение любого вида (аудио, видео, текст, данные и пр.), которое поступает в передающее устройство. Здесь оно преобразуется в сигнал с помощью преобразователя сообщение-сигнал (Пр.С-С). Полученный сигнал не всегда можно передавать непосредственно в линию. Поэтому происходит согласование параметров сигнала с характеристиками линии с помощью устройства преобразования сигналов (УПС). Совокупность УПС передающего и приемного устройств и линии связи (среды распространения сигналов) образуют каналы связи. В зависимости от применяемой среды распространения различают проводные каналы связи (металлические провода, оптическое волокно) и радиоканалы. На приеме происходит согласование линейных сигналов с приемным устройством, регистрация сигнала (УПС) и обратное преобразование сигнала в сообщение (Пр.С-С). После этого принятое сообщение поступает получателю (ПС).

Система связи (рис. 1.14) обеспечивает обмен сообщениями между двумя пунктами. Для возможности обмена сообщениями между любыми парами абонентов организуются сети связи.

Оперативно-технологическая телефонная связь.Оперативно-технологическая связь (ОТС) является видом электрической связи, посредством которой обеспечивается оперативное руководство технологическими процессами на станциях и перегонах железных дорог.

Она предназначена для управления движением поездов и руководства производством работ по текущему содержанию пути, энергоснабжения, подвижного состава, устройств СЦБ, связи, сооружений и других объектов инфраструктуры.

Оперативно-технологическая связь является также одним из средств обеспечения безопасности движения.

Учитывая линейное расположение объектов управления вдоль железнодорожных линий и малую нагрузку, возникающую в этих пунктах, оперативно-технологическую связь целесообразно строить по групповому принципу (рис. 1.15). При этом имеется распорядительная станция (PC) и промежуточные пункты (ПП), которые включаются параллельно в общий групповой канал.

Рис. 1.15. Групповой принцип организации ОТС

Групповой канал является наиболее экономичным с точки зрения использования линии в случае линейного расположения промпунктов. Однако параллельное включение ПП в одну цепь вызывает необходимость дополнения системы устройствами избирательного вызова.

К особенностям групповых связей относятся:

• оперативный характер пользования связью определенным кругом лиц;

• необходимость организации по одному каналу индивидуального, группового и циркулярного (общего) обмена информацией;

• двухсторонний поочередный (полудуплексный) способ обмена, обуславливающий включение переговорных приборов на PC и ПП по переменной схеме;

• необходимость в системе избирательного вызова.

Так как групповые каналы используются для оперативной связи, входят составной частью в технологический процесс управления и находятся в ведении руководителя, находящегося на распорядительной станции (PC), то наиболее рациональным оказалось создание такой системы, при которой право посылки избирательного вызова на промежуточный пункт (ПП) имеет только PC.

Применение системы взаимоизбирательного вызова экономически нецелесообразно вследствие усложнения аппаратуры на каждом ПП, а для многих видов командной связи, где вызов осуществляется только со стороны PC, система взаимоизбирательного вызова оказывается ненужной. Таким образом, в групповых каналах избирательность вызова обеспечивается только в одном направлении: от PC к промежуточным пунктам. Вызов PC со стороны ПП осуществляется посылкой вызывного сигнала или голосом.

По назначению и району действия различные оперативно-технологические связи разделяются на следующие виды: магистральные, дорожные, отделенческие и станционные.

Магистральные связи организуются в пределах всей или части сети ОАО «РЖД». К ним относятся: магистральная распорядительная связь (МРС), магистральная связь совещаний (МСС), магистральная связь транспортной милиции (МСТМ), магистральная связь военизированной охраны (МСТВ).

Дорожные связи организуются в пределах сети связи на каждой железной дороге. Это дорожная связь совещаний (ДСС) и дорожная распорядительная связь (ДРС), дорожные диспетчерские связи служб энергоснабжения, пути, СЦБ и связи, дорожная связь транспортной милиции (ДСТМ), дорожная связь транспортной военизированной охраны (ДСТВ).

Отделенческие связи организуются в пределах опорного центра на полигоне отделений. К ним относятся: поездная диспетчерская (ПДС), энергодиспетчерская (ЭДС), постанционная (ПС), линейно-путевая (ЛПС), служебная диспетчерская для дистанций сигнализации и связи (СДС), вагонная диспетчерская (ВДС), билетная диспетчерская (БДС), отделенческая связь совещаний (ОСС) и др.

Диспетчерские связи действуют при централизованном размещении поездных и локомотивных диспетчеров в Едином центре диспетчерского управления дороги при условии нахождения диспетчерского участка в нескольких сотнях и даже тысячах километров от ЕДЦУ. Диспетчеры остальных служб, грузовые и маневровые диспетчеры располагаются в опорных центрах (центры управления местной работой — ЦУМР). На них возлагается управление районными перевозками и исполнение сетевых, дорожных и районных перевозок в границах линейного района.

Станционные связи организуются в пределах железнодорожных станций. Они предназначены для оперативной работы дежурного по станции (ДСП), станционного диспетчера (ДСЦ), диспетчера вагонного депо (ДВД) и др.

По принципу построения и применяемой аппаратуре все виды ОТС можно объединить в три группы: диспетчерские связи, общеслужебные связи и связи совещаний.

К диспетчерским связям относятся: поездная диспетчерская, энергодиспетчерская, вагонная диспетчерская, служебная диспетчерская, магистральная и дорожная распорядительная, которые находятся в распоряжении одного лица — диспетчера.

К общеслужебным связям относятся: линейно-путевая, постанционная, связь транспортной милиции и военизированной охраны и подобные виды групповой связи, предназначенные для связи между промежуточными станциями.

Связь совещаний организуется также по групповым каналам, в которые включается специальная аппаратура. Для проведения совещаний в ОАО «РЖД», управлениях дорог и на крупных станциях оборудуются специальные помещения — студии с несколькими микрофонами и громкоговорящим приемом. В настоящее время студии также оборудуют системами видеоконференцсвязи. Для связи совещаний нет специальных каналов, а используются каналы магистральной или дорожной связи.

Радиопроводные системы связи.В радиосистемах переносчиком информации являются радиоволны, представляющие собой распространение электромагнитной энергии в окружающем пространстве. При передаче звуковых сигналов на передающей стороне напряжением от микрофона осуществляется управление (модуляция) высокочастотным сигналом, вырабатываемым генератором высокой частоты ГВЧ (рис.1.16).

Рис. 1.16. Принцип радиопередачи

Модулированный ВЧ-сигнал усиливается усилителем и направляется в передающую антенну, где происходит преобразование электрической энергии в электромагнитную, которая распространяется в окружающем пространстве. Расстояние, которое проходит электромагнитная волна за один период изменения электрического сигнала, называется длиной радиоволны.

В зависимости от длины волны изменяются условия распространения электромагнитной энергии и дальность устойчивой связи.

Переменное электромагнитное поле, пересекая проводник приемной антенны, наводит в ней электрическое напряжение. Учитывая, что одновременно могут работать несколько радиопередающих устройств, для приема нужного сигнала его необходимо отделить от других. Эту функцию выполняет входное устройство ВУ, представляющее собой перестраиваемый колебательный контур (изменением параметров контура осуществляется настройка на нужный радиопередатчик). Выделенный сигнал усиливается усилителем высокой частоты УВЧ и подается на демодулятор (детектор) ДМ, где из модулированного ВЧ-сигнала выделяется сигнал низкой частоты, аналогичный сигналу на выходе микрофона радиопередающего устройства. Этот сигнал усиливается УНЧ и воспроизводится электроакустическим преобразователем (телефон, громкоговоритель). Таким образом, осуществляется односторонняя (симплексная) передача информации. Для организации дуплексной передачи необходимо в каждом пункте иметь радиопередатчик и радиоприемник. Комплекс технических средств для осуществления двусторонней передачи информации по радиоканалу получил название радиостанции. По месту расположения радиостанции делятся на стационарные и мобильные (возимые и переносные). На железнодорожном транспорте устройства радиосвязи используются в основном для связи с подвижными объектами и обеспечивают улучшение управления технологическими процессами, а также повышение безопасности движения. По технологическому назначению радиосвязь подразделяется на поездную, станционную и ремонтно-оперативную.

Поездная радиосвязь (ПРС) относится к участковым видам и обеспечивает обмен информацией между машинистом поездного локомотива и диспетчером, ДСП ближайшей к локомотиву станции, а также машинистами встречных и попутных локомотивов.

Станционная радиосвязь предназначена для оперативного управления технологическими процессами работы станции. Включает маневровую и горочную радиосвязь, связь работников, обеспечивающих обработку составов (списчики вагонов, составители) и др.

Ремонтно-оперативная радиосвязь предназначена для организации оперативного управления проведением ремонтных и восстановительных работ, а также работ по текущему содержанию устройств путевого хозяйства, энергоснабжения, автоматики и связи и т.д.

Многоканальные системы связи.Главной задачей многоканальной связи является организация передачи сигналов от разных пользователей по одной линии связи. Эта задача была актуальна в период становления отрасли связи и осталась актуальной в настоящее время.

Второй задачей для связистов является организация связи на любые расстояния, т.е. создание систем дальней связи. Обе эти задачи связаны с проблемой эффективного использования линий связи.

Линия связи большой протяженности представляет собой дорогое и громоздкое сооружение, требующее больших затрат сил, средств и времени на строительство. Подавляющая часть капитальных затрат на создание системы связи приходится на линейные сооружения и лишь незначительная часть — на аппаратуру. И эта доля растет с увеличением длины магистрали. Для поддержания линий в исправном состоянии также необходимы значительные силы и средства.

Если взять, к примеру, современную оптоволоконную линию связи, то она позволяет организовать обмен информацией разного вида (речь, данные, изображения и др.) между двумя любыми точками. Но вряд ли будет рациональным вариант ее использования для передачи информации только между двумя пользователями. Поэтому необходимо обеспечить возможность абонентам пользоваться одной линией связи одновременно. Это возможно, когда в одной линии связи организуется несколько информационных каналов, и для их использования существуют те или иные методы объединения (мультиплексирования) и разъединения (демультиплексирования) каналов, т.е. организована система множественного доступа. Линия становится коллективным ресурсов, и необходимо использовать способы разделения его между множеством потребителей (частотный, временной, фазовый, кодовый и др.). Широко используются частотный и временной методы доступа.

Частотный метод доступа (Frequency Division Multiple Access), или частотное разделение каналов (ЧРК), основан на разделении частотного диапазона линии между пользователями. Сигналы в разных частотных каналах могут существовать одновременно.

Временной метод доступа (Time Division Multiple Access), или временное разделение каналов (ВРК), предусматривает предоставление всего частотного диапазона линии поочередно разным пользователям. На этом принципе строятся цифровые системы передачи.

Телеграфная связь и передача данных.Телеграфная связь и передача данных, являясь документальными видами электрической связи, используют для передачи информации дискретные сигналы. Как телеграф, так и передача данных входят в комплекс средств технологической связи, обеспечивая аппарат управления точной, полной и своевременной информацией о ходе технологических операций. В совокупности со средствами вычислительной техники они позволяют автоматизировать управление перевозочным процессом, являясь составной частью автоматизированной системы управления железнодорожным транспортом (АСУЖТ).

Особенностями систем передачи дискретной информации (СПДИ) является передача с использованием клавиатуры или автоматических считывающих устройств (фотосчитыватели) и получение твердой копии (бумага, магнитная запись) документа в пункте приема. С технической точки зрения в СПДИ преобразование сообщения в электрический сигнал происходит в два этапа: кодирование и модуляция на передаче и регистрация и декодирование на приеме.

Структура СПДИ не отличается от структуры других видов связи и содержит те же элементы: передатчик, канал связи и приемник.

От источника информации оригинал передаваемого сообщения посимвольно (буква, цифра, знак) вводится в передатчик, где после операции кодирования превращается в двоичное число, а затем после дискретной модуляции — в электрические сигналы. На приеме электрический сигнал с помехой вновь подвергается двойному преобразованию. Сначала производится последовательная регистрация каждого импульса, а затем декодирование двоичного числа и вывод сообщения-копии на технический носитель.

Телеграфная связь и передача данных, используя импульсно-кодовый метод передачи, имеют различие в видах передаваемых сообщений и в требованиях к скорости и точности передачи.

Телеграф служит средством обмена смысловыми, буквенно-цифровыми документами между людьми. Отсюда невысокие требования к скорости (до 200 имп/с) и верности приема (вероятность ошибки 3·10^-5).

Передача данных предназначена для обмена формализованной цифровой информацией между автоматическими устройствами (датчики, ЭВМ). Это позволяет увеличить скорость передачи до 10 000 имп/с и выше и требует высокой верности приема (вероятность ошибки 1·10^-6и ниже).

Кодирование заключается в отображении (замене) множества графических символов передаваемого сообщения множеством чисел (обычно двоичных). Оба множества являются конечными, а их элементы принимают лишь определенные значения (например, «0» и «1» или «А», «Б», «В»...).

Кодирование — форма представления элементов сообщения двоичными числами для удобной, быстрой и практически безошибочной передачи их на расстояние средствами электрической связи.

При кодировании каждому графическому или функциональному символу сообщения (буква, цифра, перевод строки, пробел и др.) ставится в соответствие определенное сочетание двоичных цифр — кодовая комбинация. Совокупность правил и условий, в соответствии с которой производятся формирование, передача и обработка кодовых комбинаций, называется кодом. Каждый код в компактной форме представляется кодовой таблицей (или алфавитом кода), в которой каждому символу ставится в соответствие кодовое двоичное число. Из простых кодов сейчас имеют распространение Международный телеграфный код № 2 (МТК-2) и Код для обработки онформации (КОИ-7), разработанный на основе Международного алфавита № 5 (МА-5).

Искажения затрудняют работу приемного устройства, и, если их значение превысит допустимый предел, то возникает ошибка – неверное определение цифры кодовой комбинации и, как следствие, на техническом носителе воспроизводится неверный символ. Например, если передавалась комбинация 11000, а принята комбинация 01001, в которой имеется две ошибки: в первом элементе единица заменена нулем, а в последнем нуль заменен единицей, то вместо буквы «А» на бумаге отпечатается буква «Л».

Искажения и ошибки являются следствием действия помех на передаваемые сигналы и носят случайный характер. Однако, если искажения имеют место всегда, так как действие помех полностью устранить не удается, то ошибки возникают лишь при определенных условиях. Ошибочное определение значения элемента кодовой комбинации произойдет тогда, когда искажения превысят некоторый порог, называемый исправляющей способностью приемника. Эта величина является одной из характеристик оконечных аппаратов, оценивающих их помехоустойчивость.

Для оценки помехоустойчивости всей системы в целом вводят понятие верности передачи. Численно она определяется коэффициентом ошибок, представляющим собой отношение количества ошибочных элементов к общему числу принятых элементов: k_ош = n_ош/n_общ.

Одним из методов повышения помехоустойчивости является применение корректирующих кодов, построенных на основе первичных (простых) кодов введением логической избыточности, которая помогает обнаруживать или исправлять ошибки в защищаемом блоке.