Улучшение качества поездной радиосвязи на выбранном участке с применением цифровых стандартов

СОДЕРЖАНИЕ


Введение………………………………………………………………..………..
1 Характеристика объекта проектирования……………………………………
1.1 Географическо-экономический анализ объекта проектирования………..
1.2 Анализ помеховой обстановки на проектируемом участке………………
1.3 Существующая схема организации поездной радиосвязи участке железной дороги…………………………………………………………...
1.4 Характеристика радиостанции РС-46МЦ …………………………………
1.5 Обоснование необходимости проектирования ………………………........
2 Обзор современных стандартов цифровой радиосвязи на железнодорожном транспорте....................................................................
2.1 Преимущества цифровых систем радиосвязи …………………………….
2.2 Стандарт DMR………………………………………………………………
2.3 Стандарт GSM-R……………………..……………………………………...
2.4 Стандарт TETRA…………………………………………………………….
2.5 Стандарт CDMA……………………………………………………………..
3 Разработка технических решений по организации поездной радиосвязи на участке железной дороги…………………………………………………
3.1 Выбор технологии поездной радиосвязи…………………………………..
3.2 Выбор оборудования ПРС…………………………………………………..
3.2.1 Структура парка производителей оборудования GSM-R………………
3.2.2 Выбор базовой станции…………………………………………………...
3.2.3 Выбор абонентских терминалов………………………………………….
3.2.4 Оборудование пакетной передачи данных………………………………
3.3 Расчет дальности связи……………………………………………………...
3.4 Разработка схемы организации радиосвязи………………………………..
9
12
12
15

16
24
26

29
29
30
35
42
48

56
56
58
58
59
61
63
65
72

	
4 Расчет надежности участка связи НТ – Е…………………………………...
5 Защита обслуживающего персонала от электромагнитных излучений…..
5.1 Характеристика оборудования, являющегося источником электромагнитных полей и излучений………………………………..
5.2 Воздействие ЭМП на обслуживающий персонал………………………...
5.3 Методы оценки ЭМН……………………………………………………….
5.4 Профилактика неблагоприятного воздействия ЭМП…………………….
6 Экономическое обоснование организации поездной радиосвязи по стандарту GSM-R…………………………………………………………...
6.1 Расчет капитальных вложений…………………………………………….
6.2 Расчет эксплуатационных расходов………………………………………
6.3 Экономия эксплуатационных расходов за счет сокращения простоя поездов……………………………………………………………………..
6.4 Расчет срока окупаемости………………………………………………….
6.5 Расчет ЧДД………………………………………………………………….
Заключение…………………………………………………………….……......
Список используемых источников…………………………………….………
74
78
  
   78
80
83
86

92
92
   94

99
102
103
107
108










ВВЕДЕНИЕ
     
     На железнодорожном транспорте особое место занимает технологическая радиосвязь, являющаяся в большинстве случаев единственным средством связи с подвижными объектами.
     В настоящее время системы технологической радиосвязи на сети железных дорог РФ, как правило, построены с использованием аналогового малоканального оборудования, работающего в гектометровом и метровом диапазонах по принципу «одна частота – один канал». Такая работа приводит к высокой загрузке радиоканала, абоненты сети поездной радиосвязи вынуждены прослушивать большое количество переговоров, не относящихся к ним непосредственно. При этом отсутствует возможность использования индивидуальных вызовов и идентификации вызывающего и вызываемого абонентов.
     Информационный обмен в сетях поездной радиосвязи осуществляется с помощью стационарных и возимых радиостанций третьего и четвертого поколения. Радиостанции стационарные необходимы для связи диспетчеров с машинистами поездных локомотивов, а так же руководителей ремонтных подразделений с диспетчерским аппаратом соответствующих служб и применяются в системах линейной поездной и ремонтно-оперативной симплексной радиосвязи. Радиостанция возимая устанавливается на подвижных объектах железнодорожного транспорта и предназначена для связи машинистов с диспетчерским аппаратом соответствующих служб, руководителями ремонтных подразделений и работает в сетях связи с групповым вызовом. Широкое распространение получили радиостанции стационарные – РС-46М, РС-46МЦ, возимые – РВ-1М, реже – РВ-1МЦ.
     Поездная радиосвязь способствует выполнению графика движения поездов, непосредственно влияет на пропускную способность участков железных дорог и улучшает условия безопасности движения поездов. 
     Радиосвязь является наиболее динамично развивающимся видом электросвязи. Ее особенность – относительно быстрое моральное старение средств радиосвязи, что обусловлено особенностями их эксплуатации, а так же непрерывным совершенствованием технологий собственно радиосвязи и производства радиооборудования. Широкое применение средств радиосвязи на железнодорожном транспорте обусловили необходимость модернизации действующих систем радиосвязи, а так же внедрения принципиально новых. Основным направлением модернизации средств радиосвязи становится цифровое кодирование передаваемой информации. При этом система поездной радиосвязи должна органично вписаться в цифровую оперативно-технологическую связь.
     Необходимость применения цифровых систем радиосвязи определяется изменением структуры управления, созданием «вертикалей» и «матриц» управления, централизацией ряда технологических и бизнес-процессов, внедрением информационно-управляющих систем, сокращением численности и повышения мобильности персонала, необходимостью увеличения количества и улучшения качества услуг и сервисов для пассажиров и клиентов компании и, конечно, оптимизацией расходов.
     Развитие железнодорожной радиосвязи сегодня осуществляется по двум направлениям: внедрение цифровых систем радиосвязи и передачи данных стандарта DMR в частотном диапазоне 160 МГц и стандарта GSM-R в диапазоне 900 МГц. [1].
     В настоящее время на рассматриваемом участке НТ – Е технологическая радиосвязь базируется на радиостанции РС-46МЦ, разработанной на основе применения элементов микропроцессорной техники. Высокий уровень помех в гектометровом диапазоне не позволяет обеспечить необходимое качество связи, а также ведет к большим эксплуатационным затратам на обслуживание направляющих линий.
     Целью дипломного проекта является улучшение качества поездной радиосвязи на выбранном участке с применением цифровых стандартов.
     В процессе проектирования будут решаться следующие задачи:
1. анализ существующей системы поездной радиосвязи и влияние отказов на обеспечение безопасности движения поездов;
2. обзор современных цифровых стандартов и выбор технологии для организации поездной радиосвязи;
3. выбор оборудования, расчет зоны покрытия и разработка схемы организации радиосвязи на проектируемом участке;
4. расчет надежности с учетом требований нормативных документов ОАО «РЖД»; расчет экономии эксплуатационных расходов связанных с простоями поездов;
5. защита обслуживающего персонала от электромагнитных излучений и профилактика неблагоприятного воздействия электромагнитных полей;
6. обоснование экономической эффективности проекта, расчет капитальных вложений и эксплуатационных затрат для построения цифровой сети радиосвязи и экономия средств от простоя поездов.
     
     
     
     
     
     
     
     
     
1 ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ПРОЕКТИРОВАНИЯ
     
     
     1.1 Географическо-экономический анализ объекта проектирования
     
     
     
     С железная дорога пролегает по территории Урала и Западной Сибири. Дорога бесперебойно обеспечивает пропуск поездов из центральных и северо-западных районов европейской части России в Сибирь, в Казахстан, на Дальний Восток. Управление дороги находится в Екатеринбурге. 
     Дорога граничит с Горьковской (Ч, Д), Ю-У (М, П, Н, К), З-С (Н) железными дорогами. Магистраль соединяет европейскую и азиатскую части России, с запада на восток тянется на полторы тысячи километров и в северном направлении пересекает Полярный круг. Являясь основой транспортной системы П края, С, областей, Х-М и Я-Н автономных округов, по основным показателям она входит в первую тройку железных дорог России и имеет регион обслуживания площадью 1,8 млн км? с населением более 11 млн человек. 
     С железная дорога — мощный транспортный комплекс с большим техническим и интеллектуальным потенциалом. Она обладает собственной мощной базой грузовых вагонов, обеспечивая 9,5 % объема сетевой погрузки и выгрузки, в том числе таких высокорентабельных грузов, как нефть, каменный уголь, удобрения, черные и цветные металлы, лесные и строительные грузы (свыше 80 %). С магистраль обслуживает около 1500 подъездных путей (на 2006 год их было 1332), ее услугами пользуются более 12 000 промышленных предприятий. Эксплуатационная длина (на 01.01.10) — 7152,2 км, развернутая длина — 13 852,5 км. 
     Совместно с ОАО «Ямальская железнодорожная компания» эксплуатируются действующий участок Трансполярной магистрали (К — НУ — П).
     В регионе Свердловской железной дороги развита сеть мелких веток и подъездных путей, обслуживающих горнорудную, каменноугольную, деревообрабатывающую промышленность и производство строительных материалов.
     На широте проектируемого участка полоса предгорий представляет собой невысокие, но длинные вытянутые с севера на юг увалы, которые чередуются с широкими понижениями. Высота их колеблется в пределах от 280 до 300 м. Понижения нередко заняты болотами. 
     Рельеф определяется чередованием низкогорья и холмистых равнин. Макро и мезорельеф характеризуется холмисто-увалистой равниной с отметками высот 200—380 м. Уральские горы в этом месте образуют как бы седловину, они сглажены, невысоки. Перевалы расположены на высоте не более 410 м над уровнем моря. 
     Поскольку Урал – очень древние горы, образовавшиеся в эпоху герцинской складчатости около 300 миллионов лет назад, в черте города нет значительных возвышенностей с сильным уклоном. Горные склоны частично разрушены, выположены. Для данной территории характерны средне и сильновыветрелые выходы гранитов на поверхность в виде скал или «каменных палаток».
     Рассматриваемый участок находится в зоне умеренно континентального климата. Для него характерна резкая изменчивость погодных условий с хорошо выраженными сезонами года. Уральские горы, несмотря на их незначительную высоту, преграждают путь массам воздуха, поступающим с запада, из Европейской части России. В результате Средний Урал оказывается открытым для вторжения холодного арктического воздуха и сильно выхоложенного континентального воздуха Западно-Сибирской равнины, в то же время с юга сюда могут беспрепятственно проникать тёплые воздушные массы Прикаспия и пустынь Средней Азии. Поэтому для участка характерны резкие колебания температур и формирование погодных аномалий: зимой от суровых морозов до оттепелей и дождей, летом от жары выше +35 °C до заморозков. 
     Расположен в зоне достаточного увлажнения. На распределение осадков определяющее значение оказывают циркуляция воздушных масс, рельеф, температуры воздуха. Основную часть осадков приносят циклоны с западным переносом воздушных масс, то есть из Европейской части России, при этом их среднегодовая сумма равняется 550—650 мм. Максимум приходится на теплый сезон, в течение которого выпадает около 60-70 % годовой суммы. Для зимнего периода характерен снежный покров мощностью до 70 см. Коэффициент увлажнения колеблется в пределах 1,2—1,6 [2].
     Проектируемый участок железной дороги, согласно правилам технической эксплуатации (ПТЭ) железных дорог, оснащен следующими видами связи: поездной диспетчерской связью (ПДС), межстанционной связью (МЖС), постанционной связью (ПС), линейно-путевой связью (ЛПС), поездной радиосвязью (ПРС), а также стрелочной связью. Этот участок, оборудованный автоблокировкой, оснащен энергодиспетчерской связью (ЭДС) и перегонной связью (ПГС), а также служебной связью электромехаников СЦБ и связи.
     Участок оборудован кодовой автоблокировкой АБ с электротягой поездов на постоянном токе. Схема участка приведена на рисунке 1.1.
     

Рисунок 1.1 – Схема проектируемого участка НТ – Е
     
     Участок НТ – Е содержит 14 раздельных пунктов: С, Мнз, Ант, Б, Нвн, Шрл, Нв, Н-Р, В-Н, Мрз, Т, А, И, Швк, и имеет длину 131 км. Максимальное расстояние между ральными пунктами составляет 14 км.
     
     1.2 Анализ помеховой обстановки на проектируемом участке 

     Особое место в технологическом процессе движения поездов и обеспечении безопасности движения на диспетчерских участках принадлежит средствам поездной радиосвязи (ПРС). Система ПРС функционирует в гектометровом диапазоне волн, где максимальный уровень помех может превышать номинальную чувствительность приемников в десятки и даже сотни раз.
     ПРС в общей структуре отказов технологической радиосвязи занимает первую строчку и превышает 53%. За 2006–2008 гг. происходит незначительное снижение отказов ПРС, что связано с общей тенденцией обновления радиостанций. Если говорить в целом о влиянии ПРС на обеспечение безопасности движения на железнодорожном транспорте, то острота проблемы остается: причина – высокий процент отказов ПРС в общем балансе технологической радиосвязи (средняя величина 63%).
     К основным причинам отказов можно отнести радиопомехи, отказы пультов и  микротелефонных трубок, отказы низкочастотных блоков, отказы блоков питания, отказы приемопередатчиков и отказы антенн фидерных устройств. Причина радиопомех – увеличение количества эклектических и электронных устройств, используемых на транспорте и в промышленности. Все эти устройства служат источниками интенсивных радиопомех. Необходимо обеспечить своевременный обмен оперативно-технической информацией, исключить простои поездов на станциях и перегонах. Из анализа данных по Свердловской железной дороге следует (2000–2009 гг.), что задержки поездов могут произойти из-за отсутствия радиосвязи с машинистом на перегоне. Средняя длительность устранения повреждений составила 380 часов в год. Одной из причин длительного перерыва радиосвязи может быть воздействие радиопомехи (например, в 2001 году по ШЧ-6 длительность перерыва связи по этой причине составила 72 часа).
     Еще одним важным фактором для обеспечения требуемой безопасности движения является надежная двусторонняя связь машинистов с дежурными по станциям, ограничивающим перегон. Например, проведенная вагон-лабораторией с январе 2004 г. проверка показала, что данное требование ПТЭ не выполняется на 97 перегонах (из 223); в ноябре 2009 года выявлено шесть неисправностей ПРС из-за невозможности обеспечения требуемой дальности в ГМД волн. 
     Зачастую радиосвязь с машинистами поездных локомотивов нарушается из-за воздействия радиопомех. Отказы по данной причине только в 2008 году составили 13 %. 
     На железнодорожном транспорте отказы ПРС регистрируют и анализируют причины их возникновения. Но мероприятия, связанные с повышением надежности поездной радиосвязи, разрабатываются и внедряются относительно медленно [3].
     
1.3 Существующая схема организации поездной радиосвязи участке железной дороги

     Поездная радиосвязь предназначена для оперативного управления процессом движения поездов. Она обеспечивает обмен информацией между поездным диспетчером и других работников, связанных с движением поездов с машинистами поездных локомотивов, а также машинистов встречных и вслед идущих локомотивов между собой. ПРС позволяет поездному диспетчеру оперативно руководить движение поездов, сообщать машинистам локомотивов об изменении скорости, выявляет причины задержки, остановки поезда и другие вопросы. Дежурные по станции могут предупреждать машинистов о приеме поезда на боковой путь, времени отправления поезда со станции, возникновения аварийной обстановки, требующей экстренной остановки поезда и передавать другие сообщения, способствующие повышению оперативности работы и безопасности движения поездов на перегонах и станциях.
     Поездной радиосвязью может пользоваться также локомотивный диспетчер для выяснения состояния локомотива, необходимости его ремонта или замены, оперативной смены локомотивной бригады. Все это способствует сокращению простоя и увеличению оборота локомотивов. С помощью радиосвязи машинисты встречных и вслед идущих поездов могут оповестить друг друга о состоянии вагонов в составе и грузов, предупредить о возникновении опасной ситуации. На сети дорог нашей страны ПРС организуется по радиопроводному принципу [4]. Структурная схема организации линейной сети ПРС приведена на рисунке 1.2 [6].
     

Рисунок 1.2 – Структурная схема организации линейной сети ПРС на основе сети ОТС
     
     В пределах диспетчерского участка на промежуточных станциях устанавливаются стационарные радиостанции (РС), подключенные к проводному каналу поездной диспетчерской связи. Локомотивы оборудуются возимыми радиостанциями (РВ). Связь дежурного по станции с машинистами осуществляется по радиоканалу, а для организации связи поездного диспетчера с машинистами используется и радиоканал, и канал поездной диспетчерской связи, к которому с помощью распорядительной станции (СР), устанавливаемой у ДНЦ, подключаются станционные радиостанции (РС), вблизи которой находится в данный момент нужный диспетчеру поезд. Следовательно, связь ДНЦ – машинист осуществляет по радиопроводному принципу: от машиниста локомотива до стационарной радиостанции – по радиоканалу, от стационарной радиостанции до диспетчера – по проводному каналу. В радиоканале используется групповой вывоз, при котором возимые (локомотивные) радиостанции вызываются частотой 1000 Гц, дежурный по станции частотой 1400 Гц, поездной диспетчер частотой 700 Гц. В радиостанциях ПРС используются симплексный и дуплексный режимы работы. Симплексный режим работы – это режим, при котором передача и прием возможны попеременно в каждом направлении, то есть передача и прием сигналов между стационарной и возимой радиостанциями ведутся через одну стационарную радиостанцию, подключенную к линии на время сеанса радиосвязи. В настоящее время на дорогах нашей страны ПРС организуется по радиопроводному принципу в симплексном режиме на одной частоте с использованием группового вызова. В симплексном режиме на одной рабочей частоте вдоль участка, по которому движется локомотив, располагают стационарные радиостанции. 
     Недостатком линейной симплексной сети является то, что без принятия специальных мер не обеспечивается непрерывность радиосвязи, то есть при перемещении подвижного объекта вдоль участка стационарные радиостанции не переключаются, и подключается одна радиостанция только при составлении канала связи [4].
     На станции Е расположен оптический мультиплексор СМК-30 IV версии, который служит для организации кольца нижнего уровня с использованием потока STM-1 и кольца верхнего уровня с использованием потока STM-4. Кроме этого, на станции Е расположен коммутационная станция СМК-30 КС, соединенная с оптическим мультиплексором потоками Е1. К данной КС подключаются радиостанции поездной и станционной радиосвязи по четырехпроводному каналу ТЧ. Аналогичное оборудование располагается на станциях В-Н и НТ. 
     На остальных промежуточных станциях расположены оптические мультиплексоры СМК-30 III версии, образующие кольцо нижнего уровня по потоку STM-1. Аналогично станциям Е, В-Н, НТ к оптическим мультиплексорам подключаются коммутационные станции СМК-30 КС, к которым по четырехпроводным каналам ТЧ подключаются радиостанции поездной и станционной радиосвязи.
     Оборудование, устанавливаемое у ДСП (цифровые пульты) подключается к СМК-30 КС по стыку 2B+D к модулям СМЦПД [5].
     Схемы организации связи на участке: НТ – Ант (рисунок 1.3), Б – Нв (рисунок 1.4),  Н-Р – Т (рисунок 1.5), А – Е (рисунок 1.6). 




     1.4 Характеристика радиостанции РС-46МЦ
     
     Радиостанция РС-46МЦ и ее исполнения предназначены для работы в линейных сетях технологической радиосвязи в качестве стационарной радиостанции, управляемой по линейному каналу связи со стороны распорядительной станции и (или) со стороны пультов управления, которые могут находиться как непосредственно в месте установки радиостанции (ближние),  так и   на расстоянии до  20 км,  с использованием каналов связи (вынесенные). Радиостанция пpедназначена для пpименения в сетях ПРС-С и РОРС-Л железнодоpожной.
     РС-46МЦ состоит из следующих теppитоpиально pассpедоточенных изделий:
     - устpойство  РПО - устанавливается в отапливаемых, неотапливаемых служебных помещениях или в контейнеpах;
     - пульт ПУС с подключенными к нему педалью, микрофоном и блоком питания - устанавливается   в  отапливаемых помещениях;
     - устройство АнСУ или антенна - устанавливается на кpышах станционных зданий  и специальных мачтах.
     Общий вид радиостанции представлен на рисунке 1.3.
     

Рисунок 1.3 – Общий вид РС-46МЦ

     Электрические параметры и характеристики приемопередатчика радиостанции  обеспечивают совместную работу с эксплуатируемыми на сети железных дорог радиосредствами. Радиостанция работает в симплексном режиме в диапазонах гектометровых или метровых волн; выбор рабочего диапазона определяется установкой в радиостанцию соответствующего приемопередатчика с антенно-фидерными устройствами (антенной или АнСУ). В диапазоне гектометровых волн радиостанция  обеспечивает работу в режиме одночастотного симплекса на одной из двух частот 2130 или 2150 кГц. В диапазоне метровых волн радиостанция обеспечивает работу в режиме одно- и двухчастотного симплекса на любой (любой паре) из 172 рабочих частот в диапазоне частот от 151,725 до 156,000 МГц с разносом частот между соседними частотами 25 кГц.
     Рабочим частотам присвоены порядковые номера, которые распределены в выделенной полосе следующим образом:
     - частоты с 151,725 по 154,000 МГц - номера с 1 по 92;
     - частоты с 155,000 по 155,975 МГц  - номера с 93 по 132; 
     - частоты с 154,025 по 154,975 МГц - номера с 133 по 171;
     	- частота 156,000 – номер 172.
     Все операции, выполняемые в условиях эксплуатации по выбору и установке рабочих частот, производятся по присвоенным им порядковым номерам. 
     В диапазоне метровых волн радиостанция  работает на одном из шести каналов, переключаемых оперативно с пульта управления, причем рабочие частоты устанавливаются  неоперативно набором из разрешенной сетки частот при конфигурировании радиостанции. В диапазоне метровых волн радиостанция обеспечивает совместную  работу с блоком усиления мощности высокой частоты  УМ-40.
     Радиостанция обеспечивает круглосуточную работу  при соотношении времени режимов "ПЕРЕДАЧА" и "ПРИЕМ" 1:3. Время непрерывной работы на передачу - не более 60 с [7].
     
     1.5 Обоснование необходимости проектирования
     
     Повышение эффективности работы ОАО «РЖД», создание условий для устойчивого и безопасного функционирования железнодорожного транспорта тесно связаны с использованием технологий радиосвязи. С помощью радиосредств обеспечиваются:
     – автоматизация управления движением и повышение безопасности движения поездов;
     – безбумажная технология взаимодействия между работниками, обеспечивающими управление движением, и машинистами поездов (передача приказов и команд);
     – автоматизация управления соединенными и тяжеловесными поездами;
     – развитие средств видеонаблюдения на станциях и особо важных объектах и т.д.
     В настоящее время на железнодорожном транспорте используются преимущественно линейные сети симплексной поездной радиосвязи гектометрового (2 МГц) диапазона и зоновые (в пределах станций и прилегающих к ним перегонов) сети симплексной поездной и станционной радиосвязи метрового (160 МГц) диапазона. Эти аналоговые радиосети предназначены главным образом для передачи речевых сообщений. Им присущи следующие недостатки: ограниченные функциональные возможности; значительное влияние радиопомех на качество связи; проблемы в обеспечении электромагнитной совместимости радиосредств, особенно в крупных узлах; сложности в эксплуатации, обусловленные низкой надежностью и широким разнообразием применяемых устройств, и др.
     Стремительное развитие информационно-управляющих систем уже сегодня требует перехода на цифровые технологии передачи данных по радиоканалам, основанные на временном и кодовом разделении сигналов. Для реализации этих технологий целесообразно использовать как выделенные компании частоты, так и ресурсы других операторов. В то же время в вопросах, касающихся обеспечения безопасности движения поездов, необходимо в максимальной степени ориентироваться на частотные ресурсы, выделенные непосредственно для нужд ОАО «РЖД».
     Выбор частотных ресурсов для каждой из систем должен определяться с учетом ряда требований. Основные из них – электромагнитная совместимость (ЭМС) радиосвязи различных систем управления, высокий уровень надежности каналов передачи данных, а также требования систем управления по объемам и скорости передачи данных.
     Последующая перспектива развития железнодорожной технологической радиосвязи связана с освоением диапазона дециметровых волн: 450 МГц для линейных сетей поездной радиосвязи (ПРС) и 960 МГц для радиальных сетей ПРС. В этих диапазонах уже не проявляется действие радиопомех, характерных для железных дорог, и в радиосетях может быть реализована чувствительность приемников. Радиосвязь должна перейти в число основных средств управления движением поездов и станционной работой, что требует решения проблемы передачи команд по радиоканалу, исключающих опасные отказы.
     С учетом этих требований целесообразно ориентироваться на следующее примерное распределение частотного ресурса для построения систем управления движением:
     – диапазон 2 МГц – резервирующий радиоканал систем управления соединенных и тяжеловесных поездов;
     – 160 МГц – радиоканалы систем управления соединенных и тяжеловесных поездов, станционных систем передачи данных на малодеятельных участках; резервирующий канал при использовании в системах управления радиосетей общего пользования;
     – 460 МГц (система ТЕТRА) – системы управления маневровыми локомотивами на станциях;
     – 900/1800 МГц – система GSM-R (от английского Rail – железнодорожный), обеспечивающая поездную радиосвязь и системы интервального регулирования движения поездов на скоростных и высокоскоростных участках;
     – 1800, 2400 МГц (системы DECT, Wi-Fi, WiMAХ) – станционные высокоскоростные сети передачи данных для информационно-управляющих систем, организации видеонаблюдения.
     Недостатки систем технологической радиосвязи основанных на базе аналоговых систем является:
     – отсутствие защищённости данных систем радиопомехам, так как они передаются напрямую без кодирования;
     – невозможность работы при высоких скоростях (более 400 км/ч);
     – отсутствие дополнительных возможностей, таких как цифровая передача данных и др. [8].
     
2 ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ СТАНДАРТОВ ЦИФРОВОЙ 
РАДИОСВЗЯИ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ
     
     
     2.1 Преимущества цифровых систем радиосвязи
     
     Цифровые протоколы в современных коммуникациях заняли лидирующее положение и продолжают расширять свое влияние во всех сферах человеческой деятельности. В профессиональную мобильную радиосвязь (ПМР) цифровые технологии внедряются параллельно с развитием компьютерных коммуникаций, сотовой связи, цифрового радио и телевещания. Фундаментальным отличием аналоговых систем связи от цифровых является только метод подготовки и кодирования исходной информации. Высокочастотная же часть радиостанций, отвечающая за прием и передачу радиоволн, остается практически идентичной во всех видах радиосвязи. Из преимуществ цифровых протоколов связи, предопределивших их развитие и популярность можно отметить следующие:
     • одинаковое качество связи во всей зоне покрытия;
     • более эффективное использование радиочастотного спектра;
     • возможность передачи данных с помощью обычного абонентского оборудования;
     • возможность использования протокола TCP/IP для межбазовых соединений.
     Кроме того цифровые системы предоставляют широкий спектр услуг для абонентов:
     • индивидуальные, групповые и вещательные вызовы;
     • аварийные вызовы и посылка тревожных сообщений во время сеанса связи;
     • шифрация передачи без потери качества речи;
     • идентификация абонентов;
     • присоединение к текущему сеансу связи дополнительных абонентов;
     • система приоритетов при доступе к системе;
     • служба текстовых сообщений;
     • поддержка географического позиционирования;
     • дистанционная проверка и управление абонентским оборудованием.
     Нельзя не упомянуть и про некоторые недостатки цифровых систем.
     Резкое пропадание связи на краях зоны покрытия, в отличие от аналоговых систем, где с удалением от базовой станции качество связи ухудшается постепенно.
     Использующиеся в настоящее время методы оцифровки и передачи голоса в цифровых системах пока еще не достигли качества аналоговой связи. Этот недостаток свойственен практически всем системам цифровой радиосвязи как ПМР, так и сотовой телефонии.
     При переходе на цифровые системы связи придется менять парк оборудования и возможно частотный план. Хотя имеются варианты совместного функционирования цифрового и аналогового оборудования, но все, же для реализации всех достоинств цифровых систем потребуется полное переоборудование сети связи, а это требует немалых инвестиций [9].
     
     2.2 Стандарт DMR
     
     Digital Mobile Radio (DMR) является стандартом цифровой радиосвязи, разработаным для пользователей профессиональной мобильной радиосвязи («PMR» - «professional mobile radio») Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI). Стандарт предназначен для работы в рамках существующих лицензируемых частотных диапазонов с разносом каналов 12.5 кГц, используемых в сухопутной подвижной радиосвязи. DMR обеспечивает передачу голоса, данных и других дополнительных услуг. 
     Стандарт DMR подразделяется на несколько направлений: 
     • «Tier I» - Маломощные коммерческие рации, с мощностью не более 0,5 Вт для безлицензионного использования в 446 MГц диапазоне на ограниченном количестве каналов. 
     • «Tier II» - Оборудование профессиональных конвенциональных систем радиосвязи: репитеры, мобильные радиостанции и портативные радиостанции, работающие в лицензируемых полосах частот PMR. «DMR Tier II» ориентирован на пользователей нуждающихся в максимальной эффективности использования радиочастот, расширенных возможностях голосовой связи и интегрированных услуг передачи данных. Стандарт «DMR Tier II» использует два слота TDMA в одном радиоканале 12,5 кГц. 
     • «Tier III» - Профессиональные системы цифровой транкинговой радиосвязи, работающие в лицензируемых полосах частот PMR. Стандарт «DMR Tier III» использует два слота TDMA в одном радиоканале 12,5 кГц. Поддерживаются голосовые вызовы и короткие текстовые сообщения. Также поддерживаются услуги пакетной передачи данных в различных форматах, включая поддержку протоколов IPv4 и IPv6.
     На сегодняшний момент в стандарте DMR разработана и выпускается с 2007 года одна полноценная система MotoTRBO от компании Motorola. 
В основе технологии DMR лежат механизмы TDMA (Time Division Multiple Access -- многостанционный доступ с временным разделением каналов), что позволяет разместить два временных интервала (независимых логических канала) на одной частотной несущей с сеткой частот 12,5 кГц. Тип модуляции — 4FSK (четырехуровневая частотная манипуляция). На рисунке 2.1 приведен радиоинтерфейс стандарта DMR.
     

Рисунок 2.1 – Радиоинтерфейс DMR
     
     Гибкость, заложенная в рамках стандарта DMR, позволяет реализовывать решения не только в классических диапазонах 136-174 МГц и 403-470 МГц, но во всем спектре частот от 50 МГц до 999 МГц. Причем дуплексный разнос, для решений с применением точки ретрансляции допускается любым, в том числе классические 4,6 МГц для диапазона 160 МГц и 45 МГц для диапазона 900 МГц. Дуплексный разнос определяется 15 битной сигнальной последовательностью в структуре цифрового кода стандарта DMR.
     Длительность временного интервала, организующего один логический канал, составляет 30 мс. Из них 27,5 мс отведены под полезную нагрузку, составляющую 216 бит и 48 сигнальных битов. Защитный межинтервальный разнос - 2,5 мс. Канальная скорость передачи данных составит около 2 кбит/с. Структура тайм-слота радиоинтерфейса DMR показана на рисунке 2.2. В случае передачи пакетных данных следует учитывать, что в зависимости от длины IP-пакетов процент полезных данных будет снижаться за счет заголовков IP пакетов[10].
     

Рисунок 2.2 – Структура тайм-слота радиоинтерфейса DMR

     Стандарт поддерживает два режима связи: 
     • Режим прямой связи (Direct mode) на одной частоте (симплекс). В настоящий момент в данном режиме используется только один тайм-слот, и соответственно предоставляется только один канал связи.
     • Режим связи через ретранслятор (Repeater mode) с дуплексным разносом (полудуплекс). В этом режиме обеспечиваются два одновременных независимых канала связи.
     Таким образом, преимущество временного разделения проявляется только при наличии ретранслятора. 
     К основным функциональным возможностям цифрового стандарта DMR следует отнести:
     • цифровую обработку сигнала;
     • управление аккумуляторной батареей;
     • приоритетный аварийный вызов;
     • улучшенный режим «свободные руки»;
     • встроенный приемник GPS сигналов для реализации приложений по контролю местоположения;
     • удаленный контроль;
     • опциональное шифрование;
     • одновременную передачу голоса и данных (в том числе пакетных)
     • работу в аналоговом режиме, что особенно актуально при постепенной миграции аналоговых конвенциональных систем.
     Типы вызовов реализуемых в рамках стандарта DMR:
     • индивидуальный вызов «радиостанция – радиостанция»;
     • групповой вызов «радиостанции – группа радиостанций»;
     • групповой вызов «радиостанция – все радиостанции»;
     • передача пакетных данных с канальной скоростью 2 кбит/c
     Заложенный в рамках стандарта DMR функционал позволяет реализовать широкий набор решений, в том числе:
     • передачу пакетных данных (пропускная способность канала до 2 кбит/c);
     • передачу телеметрии;
     • передачу текстовых сообщений; 
     • приложения по контролю местоположения;
     • увеличить управляемость в организации (на предприятии);
     • повысить безопасность технологического процесса предприятия;
     • улучшить качество связи и разборчивость речи в тяжелой помеховой обстановке;
     • увеличить пропускную способность системы профессиональной радиосвязи.
     Преемственность и совместимость с существующими аналоговыми системами связи позволяет сохранить сделанные ранее инвестиции и заменить парк устаревающих аналоговых абонентских терминалов по мере необходимости [11].
     
     2.3 Стандарт GSM-R
     
     4 августа 2009 года Государственная комиссия по радиочастотам (ГКРЧ) одобрила решение на выделение полосы частот 876–880 МГц и 921–925 МГц для создания цифровой системы железнодорожной связи в стандарте GSM-R. Стандарт GSM-R предусматривает работу передатчиков в двух диапазонах частот. Полоса частот 876–880 МГц используется для передачи сообщений с подвижн.......................