Методические указания к решению задачи № 17

У истоков разработки стандарта Tetrapol стояла французская компания Matra Communications (в настоящее время Matra Nortel Communications). Первыми пользователями систем стали службы охраны правопорядка и армия. Затем системы стандарта Tetrapol стали использовать и другие корпоративные пользователи[24,50].

Отличием Tetrapol от аналоговых транкинговых систем является более высокая скорость передачи информации по управляющему каналу – до 8000 бит/с, в то время как, например, в МРТ 1327 – 1200 бит/с. Это позволяет более оперативно обмениваться управляющими данными (короткие пакеты данных и статусные сообщения без установления соединения), а также уменьшает время установления соединения, особенно, при прохождении вызова через большое количество зон.

Принцип организации сетей Tetrapol показан на рисунке 7. Система строится по иерархическому принципу: одна или несколько базовых станций (BS) подключаются к вторичному коммутатору (SSW). В свою очередь группа вторичных коммутаторов подключаются к главному коммутатору системы (MSW), главный коммутатор системы (MSW) через 2-х Мбит/с цифровую линию связи (DL) или один PCM слот подключается к диспетчерскому центру (DP), где осуществляется управление сетью, в которую подключены оперативные обслуживающие компьютеры ОМС.

Рисунок 39 – Принцип организации сетей Tetrapol

Аварийно-восстановительная радиотелефонная система связи железной дороги должна предусматривать организацию аварийной радиосвязи на всей протяжённости железной дороги, а также оперативной радиосвязи оперативно-технического и админи­стративного персонала предприятий и организаций дорожного подчинения.

Система обеспечивает следующие виды оперативной радиосвязи:

– радиосвязь различных диспетчеров и административно-технического персонала с персона­лом оперативно-выездных бригад, ремонтных машин и отдельных исполнителей работ в закреплённых за ними зонах обслуживания;

– радиосвязь линейного персонала и ремонтных машин с диспетчером и между собой;

– радиосвязь административного и оперативно-технического персонала железной дороги;

– административно-техническую радиосвязь предприятий и организаций дорожного подчинения и аппарата Управления железной дороги.

В системе используют частоты 423...425 МГц (для передачи) и 413...415 МГц (для приёма).

Система должна обеспечивать покрытие paдиoпoлeм 100 % протяжённости железнодорожных линий, с учётом рельефа местности и расположения управляемых объектов, а также территорий, расположенных на расстоянии не менее 10 км от линий железной дороги в круп­ных населённых пунктах и в железнодорожных узлах.

Для организации транкинговой радиосвязи рассматриваемый участок железной дороги разбивается на зоны. В центре каждой зоны устанавливается базовый комплект, в том пункте, в котором есть АТС или хотя бы телефонная линия, возможность установки антенны на большую высоту, тёплое помещение и надёжная охрана.

В настоящее время базовое оборудование транкинговой системы Tetrapol выпускают фирмы AMC, Matra, DASA, Siеmens и другие.

Абонентское оборудование стандарта Tetrapol производят Sagem, Tecsi, Sonic, Atmel и другие известные фирмы. Многие модели обладают обширными функциональными возможностями, а также обеспечивают работу в широком диапазоне рабочих температур.

MC 9620 (носимая) – радиостанции выпускаются в трёх вариантах: "Easy ", "Easy +" и "Smart". Носимые терминалы Tetrapol обеспечивают абоненту высокую степень автономии, имеют прочную конструкцию, обладают высокой степень защиты и удобств. Предназначены для профессионального использования в любых даже самых неблагоприятных условиях. Выполнены в прочном корпусе, обеспечивающем устойчивость к ударным воздействиям и вибрациям, а также устойчивость к воздействию влаги.

"Easy" наиболее простой вариант носимой радиостанции. Оптимально подходит для работников ремонтно-эксплуатационных и восстановительных бригад, об­ходчиков, электромехаников, караульных, дежурных и других работников исполнительно­го звена.

Модель "Easy +" может применяться для руководителей среднего звена, таких как диспетчеры, начальники станций, руководители групп и бригад и др.

"Smart" идеальный вариант для высших руководящих работников. Радиостанция отличается улучшенным сервисом и наличием буквенно-цифровой клавиатуры, поэтому возможно применение этой радиостанции для высших администра­тивных работников железной дороги (например: начальники отделений, служб, дистанций и других подразделений дороги).

MC 9610 CS/CM G1 (мобильная) – радиостанция предназначена для установки на автотранспортных средствах, оборудованных оконечными устройствами транкинговой системы стандарта Tetrapol.

MC 9635 C G1 (стационарная) – для установки в зданиях.

Основные характеристики абонентских радиостанций приведены в таблице 40.

Таблица 40 – Основные технические характеристики абонентских

радиостанций

Тип радиостанции Параметры	MC 9620	MC 9610	MC 9635
1	2	3	4
Диапазон частот, МГц	380…430	380…512	380…512
Выходная мощность передатчика, Вт	2	10	10
Технология	цифровая	цифровая	цифровая
Дуплексный разнос, МГц	5 … 15	10	10
Ширина канала, кГц	12,5	12,5	12,5
Модуляция	0,25 GMSK	0,25 GMSK	0,25 GMSK
Питание, В	7,5	12	220/110
Эксплуатационные характеристики, 0С	-30…+60	-20…+55	0…+40

Транкинговая базовая станция модульного типа может генерировать и управлять до 24 радиоканалов. Один радиоканал используется как канал управления для сигнализации и передачи данных, другие каналы используются как каналы передачи речевого трафика.

В качестве антенны базовой станции можно использовать антенну диапазона UHF ANLI A300-MU вертикально поляризованная базовая антенна с круговой диаграммой направленности и усилением 10 дБ.

Вид антенны и вертикальный плоскостной срез ее диаграммы направленности представлены на рисунке 40.

Рисунок 40 – Базовая антенна всенаправленного действия A-300MU

и её диаграмма направленности в вертикальной плоскости

В соответствии со своим назначением система аварийно-восстановительной радиосвязи должна обеспечивать связь всех специалистов и руководителей подразделений и предприятий железной дороги в зоне чрезвычайного события, аварии или происшествия, при плановом проведении ремонтно-восстановительных работ на железнодорожном полотне, других объектах дороги и т.д.

Основной объём работ выполняется на территории дороги и концентрация производственных сил происходит на полотне или прилегающей территории на незначительном удалении.

В связи с этим необходимо определить необходимые границы территории выполнения работ и степень их покрытия сплошным радиополем для носимых и мобильных радиостанций, определить границы зон с меньшей степенью гарантии связи, а также необходимую зону обслуживания при организации транкинговой системы радиосвязи участников работ с территориальными органами и взаимодействующими организациями.

Станционная зона

Станции располагаются, как правило, в населённых пунктах. Размеры территории станций определяются её назначением, количеством подразделений, обрабатывающих подвижные составы и количеством путей. Можно принять, что на подавляющем числе станций имеется, как минимум, 4 пути. Станционные службы располагаются, как правило, с обеих сторон железнодорожного полотна.

Следовательно, ширина территории станции будет составлять около 100–150 м. С учётом ширины подъездов – около 200 м. Это и есть ширина полосы, где необходима радиосвязь с носимыми радиостанциями с надёжностью 100 %.

При авариях могут быть подтянуты дополнительные силы, которые должны находиться в зоне выполнения работ или на незначительном удалении. С учётом плотности застройки населенных пунктов итоговая ширина территории дислокации привлеченных сил не будет превышать 300–400 м. То есть ширина полосы концентрации носимых радиостанций не будет превышать 500 м от оси железнодорожного полотна станции.

Зона на дистанции пути (перегоны)

Ширина полотна на однопутном участке железной дороги составляет около 7 м. Ширина полосы отвода земли – около 50 м в каждую сторону от полотна.

Все объекты предприятий железной дороги, как правило, располагаются в полосе отвода.

Следовательно, все участники работ на полотне и окружающей инфраструктуре дороги, пользующиеся носимыми радиостанциями, будут находиться в полосе шириной до 100–200 м вдоль полотна дороги. Это зона обслуживания радиосвязью с надёжностью 100 %.

В случае катастрофы, аварии или иного происшествия, зона концентрации производственных сил: технологических подразделений дороги, милиции, медицинских учреждений и т.д., участвующих в работах по расследованию и ликвидации последствий, также будет находиться в узкой полосе – не более 100–200 м от железнодорожного полотна, а, в отдельных случаях, не более 300–400 м.

Эта полоса ограничивается рельефом местности вдоль полотна, застройкой населенных пунктов, наличием лесов, болот, рек и т.п.

При необходимости посещения руководителями работ предприятий или организаций на удалении более 1 км от железнодорожного полотна, специалисты будут пользоваться ведомственным транспортом, и, следовательно, мобильными радиостанциями.

Таким образом, необходимая зона радиосвязи на носимые радиостанции с надёжностью 100% на железнодорожных участках должна занимать полосу до 500 м в обе стороны от полотна дороги. На большем удалении надёжность может снижаться и на внешней границе зоны обслуживания носимых радиостанций составлять 60–70 %.

Внешняя граница зоны обслуживания носимых радиостанций на перегонах не превышает 500 м в обе стороны от железнодорожного полотна – дальше находятся поля, леса, болота, небольшие населенные пункты, в которых могут быть остановочные пункты пригородных поездов.

Внешняя граница зоны обслуживания носимых радиостанций на железнодорожных станциях различного назначения должна определяться шириной населённого пункта (вдоль железной дороги), поскольку на его территории проживают специалисты и руководители, которые могут быть вызваны из дома при необходимости.

Но надёжность связи на границе не обязательно должна быть равна 100 %, в таких зонах надёжность связи может составлять 70–80 %.

Необходимый радиус обслуживания мобильных радиостанций. Мобильная связь может использоваться специалистами и руководителями при выдвижении на место аварии, при поездке их в территориальные органы, взаимодействующие и привлекаемые в случае аварии организации и предприятия.

Удаление этих объектов от железной дороги может быть значительным, поэтому необходимость связи на них можно оценить только экономической целесообразностью в каждом конкретном случае.

Мобильная связь также необходима при посещении предприятий и объектов железной дороги, располагаемых в стороне от территорий станций и железнодорожного полотна. Такие предприятия находятся на удалении от полотна, как правило, около 1–2 км.

Стопроцентное радиополе необходимо на удалении от железнодорожного полотна на расстояние до 2–3 км.

На больших расстояниях (до 5 км) надёжность радиосвязи может быть порядка 80 – 90 %[60].

Для получения качества технологических связей не хуже удовлетворительного необходимо, чтобы уровень ВЧ сигнала был не менее минимально допустимого U_2min.

Минимальную используемую напряжённость электромагнитного поля, необходимую для работы приёмника определяем по формуле

дБ, (68)

где U_пр – чувствительность приёмника (для неэлектрифицированного участка железной дороги U_пр =1,3 мкВ, для электрифицированного участка U_пр = 3,2 мкВ);

l_д – действующая длина антенны.

Действующую длину антенны определяем по формуле

м, (69)

где λ – длина радиоволны, м;

G_а – коэффициент усиления приёмной антенны относительно полуволнового вибратора (G_а=1);

R_вх – входное сопротивление антенны (R_вх = 50 Ом).

Длина радиоволны определяется из выражения

λ м , (70)

где с – скорость распространения ЭМП в вакууме;

f – рабочая частота приёма (f = 450 МГц);

Величина действующей длины приёмной антенны составляет

м.

Тогда:

– для неэлектрифицированного участка железной дороги

дБ;

– для электрифицированного участка железной дороги

дБ.

Дальность связи между передающей и приёмной антеннами будем определять по формуле

м, (71)

где L – расстояние между проектируемыми местами установки базовых станций.

По кривым распространения и заданной дальности связи определяем необходимый уровень напряжённости поля (рисунок 26).

По значению U₂=U_2min определяем высотный коэффициент М из формулы

U₂ = M + E₂ + B_m +G₁+ G₂ – α₁l₁ – α₂l₂ – g₂ – K_и – K_в– K_м, (72)

где В_т – коэффициент мощности;

G₁ – коэффициент усиления передающей антенны относительно полуволнового вибратора(G₁ = 10 дБ);

G₂ – коэффициент усиления приёмной антенны(G₂ = 0 дБ);

α_1, α₂ – соответственно, постоянные затухания фидера передающей и приёмной антенны (α = 0,1 дБ/м);

l₁ – длина фидера передающей антенны(l₁ = 25 м);

g₂ – коэффициент преобразования напряжённости поля ВЧ сигнала в напряжение в точке соединения приёмной антенны с фидером (g₂ = 18 дБ);

К_и – коэффициент, учитывающий интерференцию прямого и отраженного лучей ЭМП в пространстве (для неэлектрифицированного участка К_и = 2 дБ, для электрифицированного участка К_и = 4 дБ);

К_в – коэффициент, учитывающий колебания напряжённости поля из-за изменения рефракции в тропосфере (К_в = 2 дБ);

К_м – коэффициент, учитывающий медленные колебания напряжённости поля вследствие изменения рельефа местности по которой проходит радиотрасса (К_м = 1 дБ).

(73)

где Р – мощность передатчика базовой станции, Р = 50 Вт;

Р₁ – номинальная мощность, Р₁ = 1 Вт;

Высотный коэффициент М равен

, (74)

По полученному значению М определяем необходимую высоту установки передающей антенны h₁ из формулы

(75)

где h₂ – высота установки приёмной антенны (для стационарной радиостанции h₂ = 15 м, для мобильной радиостанции на локомотиве h₂ = 6 м, для мобильной радиостанции на автомобиле h₂ = 2 м, для носимой радиостанции h₂ = 1,6 м).

. (76)

Произведём, например, расчёт высоты установки антенны на станции Е для организации связи на участке Е–Ж.

Так как расстояние между рассматриваемыми станциями составляет 31 км, то дальность связи в данном случае составляет

км.

Тогда по графикам (рисунок 9) определяем Е₂ = 28 дБ.

Определяем высотный коэффициент М:

– для приёма стационарной радиостанцией

дБ;

– для приёма локомотивной радиостанцией

дБ;

– для приёма автомобильной радиостанцией

дБ;

– для приёма носимой радиостанцией

дБ.

Определяем высоту установки антенны:

– для приёма стационарной радиостанцией

м;

– для приёма локомотивной радиостанцией

м;

– для приёма автомобильной радиостанцией

м;

– для приёма носимой радиостанцией

м.

Результаты расчётов заносим в таблицу, аналогичную таблице 41.

Дальнейшее определение высоты установки антенн производим, рассматривая расчёты для приёма сигналов носимой радиостанцией.

Осуществляем размещение базовых станций на рассматриваемом участке железной дороги приведено на рисунке 41.