Перспективы развития телекоммуникаций на железнодорожном транспорте.

Наиболее актуальным и приоритетным направлением перспективного развития железнодорожных коммуникаций является коренная реконструкция первичной сети связи ОАО «РЖД». В последние годы многие участки сети не удовлетворяют требованиям по пропускной способности и надежности. Существующая первичная сеть связи железнодорожного транспорта является в основном аналоговой и организована на кабельных и воздушных линиях передачи. ОАО «РЖД» и ряд железных дорог ведут работы по созданию сети на основе волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), оборудованных цифровыми системами передачи. В ближайшие годы с использованием современных технологий прокладки и подвески волоконно-оптического кабеля

предполагается построить ВОЛС на наиболее грузонапряженных направлениях, создав таким образом единую магистральную и дорожную первичные сети связи.

Наряду с развитием первичной сети ведется интенсивная реконструкция вторичных сетей связи (в первую очередь, общетехнологической), связанная с заменой аналоговых автоматических телефонных станций на учрежденческие цифровые станции с интегральными сетевыми услугами. В перспективе предполагается создание цифровой коммутируемой сети связи железных дорог.Что касается радиосвязи, то на железнодорожном транспорте направлениями совершенствования систем поездной, станционной иремонтно-оперативной радиосвязи являются:

• внедрение отечественных радиостанций на более современной

элементной и технологической базе;

• ориентация при организации станционной и ремонтно-оперативной радиосвязи на системы транкинговой радиосвязи или системы с сотовой структурой, которые могут быть реализованы на

базе аппаратуры зарубежного производства;

• использование для поездной радиосвязи на участках скоростных и с плотным графиком движения поездов специализированных

цифровых систем сотовой связи, работающих в диапазоне 900 МГц;

• постепенный переход на низкоскоростных трассах с малой

пропускной способностью участков от симплексной системы поездной радиосвязи гектометрового диапазона к системе метрового диапазона и далее — к непрерывной дуплексной связи в децимеровом диапазоне. Для железнодорожного транспорта перспективной является и спутниковая связь, обеспечивающая:

• связь оперативного управления из вагонов начальника дороги и его заместителей независимо от скорости и направления движения;

• экстренную радиосвязь аварийно-восстановительных и пожарных поездов, а также спецподразделений ведомственной службы;

• радиосвязь с отдельными пунктами заказа и продажи железнодорожных билетов в системе «Экспресс» (при отсутствии свободных каналов кабельных линий связи);

• пассажирскую радиосвязь.

Кроме того, перспективна система спутниковой радионавигации, определяющая характеристики движения поезда (например, скорость движения, координаты местоположения и др.) с высокой степенью точности.

Для обеспечения безопасности движения следует развивать системы контроля параметров движущегося поезда (нагрев букс, целостность тормозной магистрали, функциональное состояние машиниста локомотива и прочее) с использованием средств радиосвязи.

В области систем прикладного телевидения предстоит использовать системы телевизионного обзора железнодорожных станций и полуавтоматического считывания номеров вагонов.

Линии связи

Назначение и классификация линий связи. Основой первичных сетей связи являются линии связи или направляющие системы, по которым организуются тракты систем передачи. Направляющие системы передают электромагнитную энергиюв заданном направлении. Их традиционно разделяют на воздушные и кабельные (симметричные и коаксиальные) проводные линии, атакже металлические и диэлектрические волноводы.

Главной характеристикой линии передачи является их п о л о с а п р о п у с к а н и я , то есть диапазон частот, в котором сигналы могут передаваться без существенных искажений. Чем шире полоса пропускания, тем большее число каналов может быть организовано по данной линии передачи. На воздушных линиях используют полосу

частот до 150 кГц, на симметричных кабелях — до 260 кГц. Коаксиальные кабели уплотняют в диапазоне частот до 60 МГц. Оптический диапазон электромагнитных колебаний составляет более 100 ГГц. Для организации трактов современных цифровых систем передачи используются волоконно-оптические кабели связи, пары симметричных кабелей и стволы радиорелейных линий. В качестве основного вида направляющей системы при новом строительстве и увеличении пропускной способности действующих систем используется волоконно-оптический кабель (ВОК) как обладающий наибольшей помехозащищённостью, пропускной способностью и допускающий различные варианты подвески и прокладки в

зависимости от условий эксплуатации. Совершенствование технологии изготовления оптических кабелей, увеличение объемов их выпуска, а также отсутствие в конструкции дорогостоящих цветных металлов приводят к устойчивому снижению их стоимости. В настоящее время стоимость ВОК сопоставима, а в ряде случаев ниже стоимости магистральных металлических кабелей связи.

Воздушные линии связипредназначены для создания пучков каналов передачи информации: телефонных, телеграфных, передачи данных, а на железных дорогах — еще и для сигналов телеуправления, телеконтроля и телесигнализации. Воздушные линии обладают большой механической прочностью, имеют длительные сроки службы, позволяют осуществлять связь на значительные расстояния. В низкочастотном диапазоне непосредственная дальность передачи по однородной линии с медными проводами достигает 250 км, в то время как по симметричному кабелю дальность передачи не превышает 30...40 км. Еще одним достоинством воздушных линий является простота обнаружения и устранения повреждений.

В то же время эти линии имеют ряд недостатков:

• невозможность передачи частот выше 350 кГц;

• зависимость электрических параметров цепей от метеорологических условий;

• громоздкость конструкций;

• подверженность электромагнитным воздействиям;

• значительная стоимость 1 канало-километра связи.

В зависимости от назначения подвешенных цепей линии разделяются на три класса. К I классу относятся линии, несущие цепи магистральной, дорожной и оперативно-технологической связи, ко II классу — несущие только цепи дорожной и оперативно-технологической связи и к III классу — линии с цепями местной (внутристанционной)

связи. Линии первых двух классов несут наиболее ответственные и протяженные цепи. К их прочности и надежности предъявляются более высокие требования при строительстве и обслуживании, чем к линиям III класса. По механической прочности линии I и II классов делятся на четыре типа: О — облегченный, Н — нормальный, У — усиленный и

ОУ — особо усиленный, отличающиеся главным образом числом опор, устанавливаемых на I км линии, и числом подвешиваемых проводов. Элементами воздушных линий

связи являются п р о в о д а (наибольшее распространение на

линиях связи получили стальная, медная и биметаллическая проволоки) и о п о р ы . При подвеске проводов натяжение регулируется с т р е л о й п р о в е с а , т. е. расстоянием по вертикали между линией, соединяющей точки подвеса провода, и низшей точкой провода в пролете. К а б е л и классифицируют по назначению, области применения, роду изоляции, способу прокладки, конструкции жил, материалу и конструкции защитных покровов и другим признакам. К а б е л ь представляет собой несколько изолированных металлических жил, заключённых, как правило, в металлическую или полимерную оболочку, поверх которой в зависимости от условий прокладки и эксплуатации наложен соответствующий защитный покров (рис. 8.1).

Рис. 8.1 Структура кабеля

Основу конструкции кабеля составляет сердечник 1, состоящий из скрученных определенным образом изолированных токопроводящих жил. Он может быть однородным или комбинированным из жил (пар, четверок) неодинаковой конструкции. На сердечник

накладывают поясную изоляцию 2 для защиты его от повреждений при наложении оболочек, повышения пробивного напряжения между жилами и защитными оболочками, придания большей подвижности жил кабелей по отношению к оболочке. Ее делают из кабельной бумаги или пластика. Для защиты жил кабеля от воздействия влаги, различных химических веществ и предохранения их от механических повреждений поверх поясной изоляции накладывают оболочку 4 из металла, пластмассы или резины. Наиболее надежными в части герметичности (влагонепроницаемости) являются оболочки из алюминия, свинца и стали. При необходимости на сердечнике перед наложением на него шланга мон- тируют экран 3 для защиты цепей, положенных в кабеле от внешних электромагнитных воздействий. Для устройства экранов применяют алюминиевую, медную или алюмополиэтиленовые лен-ты, которые прокладывают поверх поясной изоляции продольно.

Защитные покровы кабелей могут состоять из следующих элементов: подушки, брони, наружного покрова. Они предназначены для защиты кабелей от разрушающих механических воздействий, возникающих при их изготовлении (наложение брони), при выполнении строительно-монтажных работ и для предохранения кабеля от вредного воздействия агрессивной среды в условиях эксплуатации (кислоты, щелочи). Подушку 5 выполняют из битумных составов или битума, лент пластиката и пропитанной кабельной бу-

маги, пропитанной кабельной пряжи (или стеклового, поливинилхлоридного или полиэтиленового шланга). Броню 6 изготавливают и применяют трех типов: из стальных или оцинкованных стальных лент (тип Б); из оцинкованных стальных плоских проволок (тип П); из оцинкованных стальных круглых проволок (тип К). Наружное покрытие 7 состоит из битумных составов, битума, пропитанной стекловолоконной пряжи из штапелированного волокна, поливинилхлоридных, полиэтиленовых или полиамидных лент, полиэтиленового или поливинилхлоридного шланга, накладываемых поверх брони в различных сочетаниях.

К л а с с и ф и к а ц и я к а б е л е й. Кабели связи можно классифицировать по многим признакам: назначению, условиям прокладки и эксплуатации, диапазону передаваемых частот, конструкции и взаимному расположению проводников, виду изоляции, конструкции защитных покрытий.

По назначению кабели связи разделяют на магистральные междугородные общего пользования, железнодорожные магистральные кабели связи, кабели местной (городской) телефонной связи, кабели связи для соединительных линий и вставок, кабели зоновой (внутриобластной) и сельской связи, станционные и распределительные кабели. В зависимости от условий прокладки и эксплуатации кабели связи разделяют на подземные (прокладываемые в грунте и монтируемые в телефонной канализации), подводные, подвесные. По конструкции и взаимному расположению проводников выделяют симметричные кабели с цепями из одинаковых в конструктивном и электрическом отношении проводников. Т о к о п р о в о д я щ и е жилы симметричных кабелей изготавливают в основном круглой формы (рис. 8.2, а) из меди диаметром 0,8; 0,9; 1; 1,05; 1,2 мм для кабелей многоканальной связи и 0,32; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7 мм для кабелей местной связи. Крайне редко для изготовления жил симметричных кабелей применяют алюминиевую и биметаллическую (алюмомедную) проволоку (рис. 8.2, б). В тех случаях, когда от кабелей требуются повышенная гибкость и механическая прочность (подводные кабели), их жилы делают многопроволочными из проволок одного (рис. 8.2, в) или разного (рис. 8.2, г) сечений.

Рис. 8.2 Жилы кабеля

При изготовлении коаксиальных кабелей в качестве внутренних проводников применяют токопроводящие жилы перечисленных видов; внешний проводник выполняют в виде тонкостенных трубок из медных или алюминиевых лент.

Волоконно-оптические линии связи. ВОЛС — это линия передачи, в которой информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, называемым «оптическим волокном». Использование ВОЛС имеет целый ряд преимуществ по сравнению с передачей информации по металлическому кабелю. Эти преимущества вытекают из особенностей распространения сигнала в оптическом волокне.

Преимущества ВОЛС

1. Широкая полоса пропускания.

2. Малое затухание светового сигнала в волокне. Вместе с небольшой дисперсией это позволяет строить участки линий без ретрансляции протяженностью 100 км и более.

3. Низкий уровень шумов в ВОК, позволяющий увеличить полосу пропускания.

4. Высокая помехозащищенность. Поскольку волокно изготовлено из диэлектрического материала, оно невосприимчиво к электромагнитным помехам со стороны окружающих металлических кабельных систем и электрического оборудования, способного индуцировать электромагнитное излучение.

5. Малый вес и объем по сравнению с металлическими кабелями.

6. Хорошая защищенность от несанкционированного доступа.

Поскольку ВОК не излучает энергии в радиодиапазоне, то затруднен несанкционированный доступ к передаваемой информации без нарушения ее параметров, которые контролируются постоянно.

7. Гальваническая развязка элементов сети.

8. Взрыво- и пожаробезопасность. Из-за отсутствия искрообразования оптическое волокно повышает безопасность сети при обслуживании технологических процессов повышенного риска.

9. Экономичность. Волокно изготовлено из материала, основу которого составляет двуокись кремния — широко распространенное и поэтому недорогое вещество, в отличие от меди.

Недостатки ВОЛС

1. Со временем волокно деградирует. Однако, благодаря совершенству современных технологий производства оптических волокон, этот процесс значительно замедлен, и срок службы ВОК составляет примерно 25 лет.

2. В некоторых случаях требуется удаленное электропитание узла информационной сети. Оптическое волокно не способно выполнять функции силового кабеля.

3. Стоимость работ по монтажу, тестированию и обслуживанию ВОЛС пока еще остается высокой.

4. Необходимость специальной защиты волокна. Стекло как материал выдерживает колоссальные нагрузки с пределом прочности на разрыв выше 1ГПа (109 Н/м2). Это, казалось бы, означает, что волокно с диаметром 125 мкм выдержит вес гири в 1 кг. К сожалению, на практике это не достигается. Причина в том, что оптическое волокно, каким бы совершенным оно ни было, имеет микротрещины, которые инициируют разрыв. Для повышения надежности оптическое волокно при изготовлении покрывают специальной полимерной оболочкой, а сам оптический кабель упрочняют, например, нитями на основе кевлара (неметаллический материал, выдерживающий большие нагрузки на растяжение). Если требуется удовлетворить еще более жестким условиям на разрыв, кабель может упрочняться стальным тросом или стеклопластиковыми стержнями. Но все это приводит к увеличению стоимости оптического кабеля. Несмотря на перечисленные недостатки оптического волокна, дальнейшие перспективы развития технологии ВОЛС в информационных сетях более чем очевидны.

Рис.8.3 Типовая схема системы связи с использованием ВОЛС

Типовая схема системы связи, использующей ВОЛС, показана на рис. 8.3. Аналоговый сигнал, генерируемый оконечным оборудованием данных, например, телефоном, терминалом и т.д., поступает в аналого-цифровой преобразователь (кодер), который преобразует его в бинарный цифровой поток. Цифровой поток используется для модуляции в оптическом передатчике, который передает серию оптических импульсов в волоконно-оптический кабель. На приемной стороне импульсы света преобразуются обратно в электрический сигнал при помощи оптического приемника. Декодерная часть коммуникационной системы преобразует бинарный электрический поток обратно в аналоговый сигнал. Обычно кодеры и декодеры, а также оптические приемники и передатчики совмещаются в одном устройстве, так что образуется двунаправленный

канал связи. Волоконно-оптические кабели, используемые при строительстве ВОЛС на грузонапряженных участках, где проходят магистральные и дорожные линии связи, должны иметь не менее 16 волокон; на малозагруженных участках или для подключения удаленных от магистрали объектов — не менее 8 волокон для обеспечения резервирования и защиты. Кабели должны быть с одномодовыми волокнами и сертифицированы для длин волн 1,31 и 1,55 мкм. Это позволит в случае необходимости осуществлять спектральное уплотнение оптических волокон.

При строительстве ВОЛС необходимо проведение комплексных изысканий с целью технико-энономического обоснования способов прокладки-подвески ВОК на отдельных участках трассы (сети): непосредственно в грунт, в полиэтиленовом трубопроводе, кабельном желобе, подвеска самонесущего кабеля на опорах контактной сети или высоковольтных линий АБ, а также способом навивания провода осветительных сетей или линий электропередачи. Из перечисленных способов на железнодорожном транспорте перспективен опробованный способ подвески оптического кабеля на опорах контактных сетей электрифицированных железных дорог. Это позволяет сократить сроки строительства по сравнению с традиционными способами прокладки кабеля в грунт. Вместе с тем для воздушных кабелей велик риск механического повреждения, и они не удовлетворяют требованиям МЧС по живучести в чрезвычайных ситуациях. Поэтому там, где позволяет трасса, целесообразно прокладывать кабель в грунте. Для снижения вероятности повреждения кабеля 2 (рис. 8.4) на подходах к железнодорожным станциям и в пределах станций рекомендуется прокладывать его в полиэтиленовом трубопроводе 1. Последний надежно защищает оптический кабель от механических повреждений и грызунов. Диаметр трубопровода (40 мм) достаточен для затягивания в него нескольких оптических кабелей 2.

Рис. 8.4 Оптический кабель в полиэтиленовом трубопроводе