Железнодорожный транспорт является основным видом транспорта для перевозки массовых грузов и играет важнейшую роль в перемещении грузов по пространству России.

Железнодорожный транспорт отличают универсальность (способность провозить практически все виды грузов), высокая провозная и пропускная способность, сравнительно невысокая себестоимость перевозок (в отличие от воздушного и автомобильного транспорта), независимость от природных условий (строительство железных дорог практически на любой территории, возможность ритмично осуществлять перевозки во все времена года, в отличие от речного транспорта), сравнительно высокая скорость движения и др.

Общая протяженность железнодорожных путей составляет 151 200 км, из них 86 200 км приходится на дороги общего пользования, а 65 000 км - на ведомственные. Наиболее густая и разветвленная сеть железных дорог расположена в европейской части страны. Здесь, за исключением Северного экономического района, густота железных дорог общего пользования в несколько раз выше среднеевропейского уровня (5,1 км на 1 000 км²): она изменяется от 13,6 км в Волго-Вятском до 27,6 км в Центрально-Черноземном районе.

Протяженность железнодорожных линий на дальние расстояния требует применения различных видов связи, обеспечивающих оперативный обмен информацией.

Целью и задачи данной работы является рассмотрение видов связей, применяемых на железнодорожном транспорте.

1. Применение радиосвязи на железнодорожном транспорте

Технологическая радиосвязь на железнодорожном транспорте предназначена для оперативного управления перевозочным процессом и повышения безопасности движения поездов. Она подразделяется на поездную, станционную и ремонтно-оперативную радиосвязь.

Отличительной особенностью радиолиний является распространение электромагнитных сигналов в свободном (естественном) пространстве (космос, воздух, земля, вода и т. д.). Дальность радиолиний может простираться от нескольких сотен метров, как, например, при первой радиопередаче, осуществленной великим русским ученым А. С. Поповым в 1895 г., до сотен миллионов километров - расстояния между автоматическими космическими аппаратами и земными станциями.

Радиолинии используются для осуществления связи на различные расстояния, часто между абонентами, находящимися в движущемся относительно друг друга состоянии[1].

Характер распространения электромагнитных сигналов в различных средах в первую очередь зависит от частоты радиосигнала (несущей частоты). В соответствии с этим различают следующие типовые диапазоны длин волн и радиочастот:

  Кроме указанных выше достоинств радиолиний, определяемых возможностью установления связи на огромные расстояния с подвижными объектами, отметим еще высокую скорость установления связи.

Основными недостатками радиосвязи являются: зависимость качества связи от состояния; среды передачи и сторонних электромагнитных полей; низкая скорость; недостаточно высокая электромагнитная совместимость в диапазоне метровых волн и выше; сложность аппаратуры передатчика и приемника; узкополосность систем передачи, особенно на длинных волнах и выше.

С  целью уменьшения этих недостатков в ходе развития радиосвязи интенсивно осваивались более высокие частоты (сантиметровые, оптические диапазоны), что позволило повысить пропускную способность радиоканалов, создать узконаправленные системы радиосвязи на базе использования направленных антенн и лазерных устройств и привело к резкому уменьшению уровня помех и повышению степени электромагнитной совместимости. Например, линии радиосвязи, работающие на ДВ, СВ, КВ, позволяют осуществлять связь на большие расстояния, но имеют низкую пропускную способность (один-два канала тональной частоты — ТЧ) и подвержены помехам. Поэтому эти РЛ занимают малый удельный вес в общем объеме электросвязи и используются главным образом для радиофикации и связи между континентами и с труднодоступными районами.

Радиорелейные линии (РРЛ) работают на дециметровых—   миллиметровых волнах в пределах прямой видимости. Они представляют собой цепочку ретрансляторов, устанавливаемых примерно через каждые 50 км (высота мачты 50... 70 м)  При большей высоте антенной мачты ретрансляционные участки могут быть увеличены до 70... 100 км. Радиорелейные линии позволяют получать большее число каналов (300... 1920) на большие расстояния (до 12500 км). Эти линии в меньшей степени подвержены помехам, обеспечивают достаточно устойчивую и качественную связь, хотя степень защищенности передачи по ним недостаточна.

Для организации станционной радиосвязи (СРС) используются радиостанции метрового диапазона волн 71РТС-А2-ЧМ (ЖР-У-СС); 72-РТМ-А2-ЧМ (ЖР-У-ЛС); «Транспорт РС-23» (11Р22С); «Транспорт РВ-4» (11Р22-4); Лен-160-Б (стационарный и носимый варианты); 11Р23Н; GP-300, Р-110, DJ-180 (182) и др. Здесь также, как и в поездной радиосвязи, основными радиосредствами являются радиостанции комплекта ЖРУ, составляющие на разных дорогах 60-90% общего парка и находятся в эксплуатации более 10 лет. Завершена разработка радиосредств симплексной радиосвязи, предназначенных для модернизации существующих сетей поездной, стационарной и ремонтно-оперативной радиосвязи.

Линейные сети ПPC гектометрового диапазона должны модернизироваться на основе внедрения стационарных радиостанций «Транспорт РС-46М» и распорядительной станции СР-23М.

Стационарные и возимые радиостанции, предназначенные для переоснащения сетей технологической радиосвязи, разработаны на основе применения элементов микропроцессорной техники. Это позволяет проектировать программное обеспечение, т.е. конфигурировать радиостанции применительно к конкретным условиям эксплуатации.

Для выполнения требований ПТЭ по обеспечению связи дежурных по станциям с машинистами поездных локомотивов в условиях: протяженных перегонов может быть использована стационарная радиостанция РС-46МР.

Для оснащения линейных сетей ремонтно-оперативной связи также  как и зонных сетей поездной радиосвязи, могут использоваться стационарные радиостанции РС-46М с усилителями мощности УМ-40 и направленные антенны.

Для организации связи абонентов, оснащенных носимыми радиостанциями в сетях стационарной радиосвязи и ремонтно-оперативной радиосвязи, используются современные носимые радиостанции «Motorola» и «Радий-М».

Внедрение новых радиосредств позволит повысить оперативность управления движением на диспетчерском участке за счет предоставления возможности вхождения в канал ПРС и ведения переговоров с машинистами поездов, диспетчером по локомотивам и энергодиспетчером, повысить надежность работы всех сетей технологической радиосвязи за счет применения аппаратуры, имеющей более высокие показатели надежности[2].

2. Применение многоканальной связи на железнодорожном транспорте

Многоканальная   связь  также получила   широкое    распространение    на железнодорожном транспорте. Особенно большое значение эта связь  приобретает в связи  с  разбросанностью  подразделений  железнодорожного  транспорта  на большие расстояния.

Управление работой отдельных хозяйственных единиц требует  организации между командными пунктами (Министерство путей сообщения, управления дорог  и т.п.)  и  низовыми   организациями   оперативной   (например, телефон) и документальной (телеграф, передача данных, факсимиле) связи.

Обеспечение   оперативной   отчетности   и   сбора   данных   от   отдельных подразделений для фиксации  проделанной  работы  и  составление  оперативных планов возможно только при четко  работающей  оперативной  и  документальной связи[3].

Организация различных видов оперативно-технологической  связи  требует создания между отдельными станциями, узлами  и  административными  пунктами соответствующего  числа  каналов  связи.  Каналы  могут  быть   получены  с использованием   соответствующей    аппаратуры, обеспечивающей ведение нескольких независимых телефонных разговоров по одной линии передачи.

Идея образования нескольких одновременно действующих каналов связи  по общей линии передачи с использованием токов различных частот была  высказана в 1860 году Г.И. Морозовым. После изобретения  телефона  Г.Г.  Игнатьевым  в 1880  году  предложил  схему  для  одновременной  передачи   телеграфных   и телефонных сигналов, основанную на их разделении  прототипами  электрических фильтров.  Таким  образом,  было   положено   начало   принципу   частотного разделения различных связей, организуемых по общей цепи. В то  же  время  во Франции Пикар и Кайло разработали схему  одновременного  телеграфирования  и телефонирования, построенную по принципу уравновешенного моста.

Практическое создание многоканальных телефонных систем передачи  стало возможным после изобретения в 1895  году  радио  А.С.  Поповым,  электронных ламп и применения их для усиления, генерации переменных токов, их  модуляции и демодуляции, разработки  теории  и  методов  проектирования  электрических фильтров, выравнивателей и других элементов.

Первая четырехканальная аппаратура высокочастотного  телефонирования (так называли ранее системы передачи) была  введена  в  действие  в  США  на участке Балтимор – Питсбург в 1918 году. В  СССР  многоканальную  телефонную связь стали применять в начале 20-х годов. Первая  отечественная  аппаратура высокочастотного  телефонирования  на  один  разговор,   разработанная   под руководством П.А. Азбукина при участии Я.И. Великина,  была  установлена  на участке Ленинград – Бологое. В  1926  году  под  руководством  В.Н.  Листова создана аппаратура, дающая возможность организовать  три  телефонных  канала на воздушных цветных цепях. В  последующие  годы  был  освоен  выпуск  более совершенной аппаратуры с передачей электрических колебаний  несущей  частоты СМТ-34 и вслед за ней аппаратуры без передачи по линии тока несущей  частоты СМТ-35. Эта аппаратура была использована для  организации  телефонной  связи Москва – Хабаровск. В  1940  году  была  закончена  разработка  12-канальной системы передачи по воздушным цветным цепям.

В послевоенные   годы   последовательно   проводилась   модернизация аппаратуры  избирательной  связи  с  селекторным  вызовом  сначала  на  базе электронных ламп, а затем и  полупроводниковых  приборов,  начали  выпускать трёхканальную (В-3)  и  двенадцати  канальную  (В-12)  системы  передачи  по воздушным цветным цепям  и  систему  передачи  ВС-3  по  стальным  воздушным цепям.

С  начала  50-х  годов  большое  внимание  уделяется  созданию  систем передачи по кабельным  непупинизированным  цепям.  Так,  в  1951  году  была разработана  12-канальная  система  передачи  К-12  и  24-канальная  система передачи по симметричным кабельным цепям К-24. С 1956 года в ряде стран и  в том  числе  в  СССР  велись  разработки  многоканальных  систем  передачи  с импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), принцип которой был предложен А.Ривсом  в конце 30-х годов.

Оперативно-технологическая связь прошла длительный  путь  развития  на основе разработки и последовательной модернизации своей технической базы,  а также   поисков   новых   технических   решений.   Имеющиеся    теперь на железнодорожном транспорте устройства оперативно-технологической связи  были созданы в результате многолетнего  труда  большого  коллектива  транспортных специалистов.

Первым видом транспортной  оперативно-технологической  связи  в  нашей стране была поездная диспетчерская связь, появившаяся в  1921  году.  В  ней использовались  групповые  физические  цепи  воздушных  линий  связи.  Вызов промежуточных станций  осуществлялся  посылкой  с  распорядительной  станции импульсов постоянного  тока,  а  сигнал  вызова  принимало  электромагнитное избирательное устройство - селектор. По этому термину  и  вся  связь  в  целом получила название ”селекторной”. Аналогичная система селекторной связи  была использована  для  создания  постанционной  и  линейно-путевой  связи,  а  в последующем - аппаратуры   дорожной   распорядительной   связи   и    на    её основе - аппаратуры связи совещаний.

Традиционный способ  построения  оперативно-технологической  связи  на базе   использования   групповых   физических   цепей   имеет   существенный недостаток, заключающийся в том, что  число  физических  цепей  должно  быть равно числу организуемых связей. С учетом  цепей  для  обходных  каналов  на аппаратуре систем  передачи  это  приводит  к  необходимости  применения  на транспортных линиях связи кабелей большой  емкости  (до  14  четверок).  Для сокращения этой емкости разработана система передачи К-24Т,  предназначенная для  уплотнения  двухкабельных  линий  передачи.  Она   позволяет   включать промежуточные  пункты  избирательной  связи  непосредственно  в  каналы  ТЧ[4].

Создание  этой  аппаратуры  вызвало   необходимость   разработки   комплекса дополнительных устройств для сопряжения четырехпроводного  тракта  групповых каналов ТЧ с аппаратурой промежуточных пунктов.

 Наряду с этими разработками ведутся поиски новых принципов  построения аппаратуры групповой связи и способов организации групповых каналов на  базе цифровых систем передачи с импульсно-кодовой модуляцией. Использование  этих способов вместе с самой современной элементной базой обеспечит  значительное повышение качества и надежности связи.

3. Организация дальней телефонной связи

В давние времена, на заре телефонии, междугородние звонки коммутировались операторами, голосом сообщавщими следующему по маршруту звонка оператору об установке соединения. Таким образом, для осуществления дальних звонков задействовалась целая цепочка операторов.

С внедрением автоматической дальней связи была установлена система дистанционного управления удаленным коммутирующим оборудованием. Дело в том, что пульсовой набор (использующий прерывание постоянного тока) не может пройти непосредственно сквозь каналы дальней связи, имеющими по пути множество усилителей и преобразователей сигнала, типа аппаратуры уплотнения. Таким образом, для управления удаленной стороной требовалось либо использование специальных управляющих каналов, либо передача тоновых сигналов вне полосы частот обычной телефонной связи, либо передача внутри этой полосы (300-3000 Гц).

Передача внеполосных сигналов - расширения этой полосы для транковых (между центральными АТС пунктов связи) каналов, что требовало замены всех усилительных устройств и приводило к уменьшению количества уплотненных каналов по каждой паре. Все это было связано с дополнительными затратами, и АТ&Т, впервые внедрявшая автоматическую телефонию, избрала самый дешевый способ - передачу управления в рабочей полосе телефонного канала.

К настоящему времени эта сигнальная система стала стандартом де-факто по всему миру и описана в рекомендациях МККТТ. Страны, присоединявшиеся к всемирной системе связи, вынуждены были использовать этот неидеальный интерфейс или устанавливать согласующее (транслирующее) оборудование.

Для понимания процесса дальней связи следует понять общие принципы построения телефонных сетей. Различают несколько уровней (рангов) сети. Первый уровень - местный (локальный), использующий локальные АТС с основным абонентским пулом на 10 000 номеров. Экономически выгодно объединять на одной станции несколько (2-5) таких пулов. Емкость пула обусловлена техническими соображениями, и тесно связана с конструкцией коммутирующих устройств. Так, в координатных коммутаторах используется т.н. тандем, соединяющий абонентский шлейф одним своим подвижным плечом с одним проводом из сборок абонентских шлейфов, коммутируя номера диапазона (соединение тысяч - сотен) а другим - с другим проводом сборок, выполняя соединение десятков - единиц. Технически устройство представляет из себя подвижный в двух плоскостях контакт, скользящий по наборному полю. Набор тысяч двигает контакт по вертикали, а сотен - по горизонтали. Набор десятков - единиц приводит в движение второй аппарат тандема.

Абонент, снявший трубку на своем аппарате, подключается к свободному тандему, о чем его извещает сигнал готовности станции (непрерывный тон частотой 425 Гц). В случае занятости всех наборных аппаратов абоненту посылается сигнал занятости станции - "указательный сигнал", (редкая ситуация на современных АТС, оснащенных достаточным количеством наборных аппаратов[5]).

На каждой станции имеются каналы передачи набора на удаленные станции. Набор первых цифр (префикса) выбирает удаленную станцию (или эту же станцию для "соседних" префиксов). По каналу передачи дальнейший набор проходит на удаленную станцию (того же уровня) (на каждый префикс - свой канал, при этом используется один физический канал на несколько исходящих связей с другими АТС за счет ИКМ-мультиплексного уплотнения, или, на более современных - пакетное уплотнение и передача по протоколу Х.25) и происходит уже на ней на выбранном тандеме. При дальнем соединении набор кода дальней связи (в Москве - цифра 8) подключает абонента к станции дальней связи. Набор кода региона указывает станции выбрать маршрут связи по стране. При наборе международного кода дальнейший запрос передается на международную станцию. На станции дальней связи включается также расчетное оборудование, которое по системе АОН определяет номер вызывающего абонента и готовится начислять счет за разговор. С этих пор дальнейший набор идет на дальнем конце и невозможен с использованием постоянного тока. Поэтому на станции дальней связи включено оборудование, транслирующее пульсовой набор в двухчастотный код (стандарт определен спецификацией МККТТ R1-2). По окончании набора номера это оборудование формирует управляющий кадр, обрамленный кодами КР1 в начале кадра и ST в конце, и посылает вызываемой стороне. Например, номер в Техасе, Амарильо, набираемый клиентом как 1+806-258-1234 транслируется в КР1+806-258-1234+ST. Таким образом, двухчастотная (ДЧ) посылка содержит код региона (806), префикс станции региона(258) и номер в абонентском пуле(1234). Важно отметить, что префикс кода региона дополняется слева нулями до трех знаков. Так, например, код Японии (81) представляется как 081, а России (7) - 007, хотя вызывающий абонент набирает 81 или 7 соответственно. Кроме того, оборудование может транслировать номер для соединения по другим маршрутам, скажем, в Японию через Америку :), если линии заняты плотным траффиком или неисправны. Для маршрутизации на удаленной стороне (в стране назначения) может быть запрошена автоматическая операторская служба, возвращающая код маршрута, используемого для связи с данной страной в данный момент. Таким образом, реально посылаемый закодированный в ДЧ-посылке номер может отличаться от набираемого клиентом, и определяется работой оборудования.

Важно понимать, что передача набора в ДЧ посылках идет между центральными станциями дальней связи регионов, по транковой сети (каналы СЛ), a пульсовой набор используется только в абонентской линии (каналы АЛ) для передачи от абонента до его АТС.

Схема организации дальней телефонной связи представлена на рис.

пульсовой тоновой ДЧ тоновой ДЧ тоновой ДЧ Аб.1 ----->--- мАТС1 ----->--- дАТС1 ======>======дАТС2 --->---мАТС2 аб.      шлейф                 линия связи            транк. линия             линия связи