На фото: базовые станции системы связи PPC-10G-Rail на опоре контактной сети, бортовые приемопередатчики по 10 Гбит/c установлены на трамвае вперед и назад по ходу движения. Недавно  анонсировались испытания 10-гигабитной системы связи диапазона 70-80 ГГц для скоростных трамваев “Чижик” в Санкт-Петербурге. Сегодня о ходе испытаний и уже полученных результатах можно рассказать нашим читателям. Впервые в России и мире выполнен пилотный проект связи в диапазоне 70-80 ГГц для общественного транспорта. Скорость передачи данных с новой технологией достигает 15 Гбит/с на каждое транспортное средство, что в сотни раз превышает возможности GSM-модемов, обычно используемые для организации цифровых сервисов и Wi-Fi сети в салонах автобусов, трамваев и поездов. Эксперты считают, что только технологии связи миллиметрового диапазона способны в будущем обеспечить работу беспилотного общественного транспорта в России и уже сегодня решить проблему широкополосного доступа к интернету в скоростных поездах РЖД. Как система связи 70-80 ГГц испытывается на трамваях?

В рамках пилотного проекта на маршрутах трамвая «Чижик» в Красногвардейском районе Санкт-Петербурга проводятся испытания беспроводной подвижной связи для общественного транспорта, работающей по стандарту 10 Gigabit Ethernet.

Цель испытаний — отработка технологий ультра-широкополосной связи в диапазоне 70-80 ГГц (71-76/81-86 ГГц) на движущиеся рельсовые транспортные средства (ТС), изучение характеристик беспроводного соединения, его надежности в зависимости от дистанции между трамваем и базовыми станциями, сбор статистики по трафику при различных погодных условиях.

Проект в Санкт-Петербурге выполняется в сотрудничестве компаний «ДОК» (связное оборудование) и Транспортной Концессионной Компании (ТКК) , — оператора трамвайной линии. В данный момент финансирование пилотного проекта осуществляется участниками испытаний из собственных средств.

В мае 2022 года проект продолжает находиться на стадии основных испытаний. Результаты тестирования подтверждают возможность передачи данных в диапазоне 70-80 ГГц между транспортным средством и сетью оператора трамвайной линии со скоростью до 15 Гбит/с в режиме агрегации беспроводных каналов связи от приемопередатчиков в голове и хвосте трамвая.

Соединение бортовой сети трамвая с базовыми станциями осуществляется по концепции V2N (Vehicle to Network, ТС-к-Сети). Связь V2N является частным случаем более общей схемы соединения V2X (Vehicle to Everything, ТС-ко-Всему).

Циклический маршрут скоростного трамвая вдоль базовых станций удобен тем, что позволяет быстро набирать статистику соединения, отрабатывать технологии связи V2N на рельсовом транспорте в реальных условиях эксплуатации.  Впоследствии эти технологии станут применимы для скоростных поездов на железных дорогах России, где задача гигабитного соединения с Интернетом еще более актуальна.

На фото – монтаж базовых станций (слева, справа), бортовые приемопередатчики 70-80 ГГц (в центре)

Для проведения испытаний используется трехсекционный трамвай модели Stadler 85600M «Чижик» (произведен в Минске), который оборудован четырьмя комплектами приемопередатчиков 10 Гбит/с производства компании «ДОК», установленных на крыше в головном и хвостовом вагонах.

Под потолком внутри трамвая смонтирован специализированный контроллер, осуществляющий маршрутизацию и управление трафиком беспроводного соединения. Наличие двух параллельно работающих приемопередатчиков 10 Гбит/с в каждом направлении (вперед и назад по ходу ТС) дает возможность бесшовного переключения трафика при проезде трамвая вдоль базовых станций.

Технологически бесшовная связь реализуется как соединение между трамваем и несколькими базовыми станциями одновременно — с ближайшей и последующей базовыми станциями как в направлении по ходу трамвая, так и в обратном направлении. При этом разрыв соединения из-за хендовера (регистрации абонента в сети подвижной связи) сведен практически к нулю. Четыре базовые станции находятся на разном расстоянии от трамвая и поэтому вероятность хендовера сразу со всеми базовыми станциями маловероятна, хотя бы с одной из них связь будет поддерживаться.

Видеоотчет по мульти-гигабитному трафику на трамвай

Испытания проводятся на маршрутах трамвая №59, 63 и 64 в пределах до 1 км от перекрестка проспекта Наставников и Ириновского проспекта. Среднее расстояние между базовыми станциями составляет 800 – 1000 метров.

На видео представлены графики пропускной способности соединения между трамваем и двумя ближайшими базовыми станциями во время одного из проездов. Регистрируется трафик в направлении вперед по ходу движения трамвая (зеленый цвет), трафик в обратном направлении (желтый) и суммарный трафик (черный).

Для визуализации процесса передачи данных и подтверждения непрерывности соединения на трамвае постоянно работают две НD-камеры с передачей видео о дорожной обстановке в направлениях вперед и назад по ходу трамвая в пультовую ТКК. Видеопотоки в НD-качестве передаются с трамвая в сеть в реальном времени.

Емкость беспроводного канала 10 Гбит/с позволяет передавать в реальном времени до 400 видеопотоков в качестве 4K UltraHD (требование к пропускной способности одного видеопотока в разрешении 4К — от 15 до 25 Мбит/с). Разумеется, городскому трамваю такая пропускная способность связи не требуется, но на данном этапе идет отработка технологии для скоростных поездов, где одновременно может передвигаться до 1 тыс. пассажиров (например, на сдвоенном Сапсане).

Почему актуальна задача разработки связи для скоростного рельсового транспорта

Существующие сегодня технологии связи для рельсового транспорта, — так называемая связь “Поезд-Земля”, — включают несколько вариантов, из которых основным является сотовая связь с использованием мультиканального маршрутизатора МАR (Multiple Aggregation Router) на большое число SIM-карт разных операторов. Связь обеспечивается за счет нескольких радиоканалов между оборудованием MAR и базовыми станциями сотовых операторов по стандартам 3G и LTE. Различные модификации оборудования MAR могут использовать 4, 8, 10, 16, 24 и даже 32 SIM-карты.

В отдельных проектах используется сеть из придорожных точек доступа Wi-Fi. Обе применяемые технологии характеризуются невысокой скоростью соединения (до 300 Мбит/c в режиме “на весь поезд”) и задержками соединения при переключении с одной базовой станции на другую. Кроме того, характеристики соединения и для GSM-модема, и придорожной сети Wi-Fi заметно ухудшаются по мере роста скорости движения транспортного средства. Поэтому задача организации связи со скоростным рельсовым транспортом на основе новых технологий является очень актуальной в отрасли.

Ограничения технологии связи 70-80 ГГц и как их можно обойти на 60 ГГц

Связь в диапазоне миллиметровых волн характеризуется требованием прямой видимости между приемопередатчиками. Поэтому в классическом варианте связь работает только на длинных прямых участках, когда луч подается строго вдоль пути. Любой поворот — и связь пропадает, поскольку радиоволны миллиметрового диапазона имеют квазиоптический характер распространения (подобно лучу лазера) и почти полностью ослабляются при встрече с любыми препятствиями, даже листвой деревьев.

Поэтому для криволинейных участков пути, а также для обмена данными между рельсовым транспортом и сетью оператора на станциях (остановках) и в депо, в компании ДОК разработали дополняющую систему связи емкостью 10 Гбит/c в диапазоне 60 ГГц, названную MobiBridge 10G.

Приемопередатчик MobiBridge 10G 60 ГГц — это изделие ультра хайтек. Он имеет миниатюрную антенну с фазированной антенной решеткой, что позволяет реализовать функцию электронного сканирования луча. Бортовой приемопередатчик на ТС и приемопередатчик на придорожном столбе “следят” друг за другом, обеспечивая связь в широком угловом секторе.

На момент публикации, подвижную связь 10 Гбит/c на основе оборудования MobiBridge 10G 60 ГГц также планируется испытывать на трамвайном маршруте в Санкт-Петербурге.

Оборудование 10-гигабитной связи на крыше трамвая Чижик Приемопередатчик 60 ГГц слева, 70-80 ГГц – справа

Остается добавить, что в России для эксплуатации оборудования связи 60 ГГц вообще не требуется получать частотную лицензию, а регистрация оборудования связи 70-80 ГГц в Роскомнадзоре производится по так называемой упрощенной заявительной процедуре в электронном виде и бесплатно. Как следствие, срок госрегистрации оборудования связи диапазона 70-80 ГГц обычно не превышает 2-х рабочих дней.

Заключение

Автор выражает благодарность компании ДОК и Дирекции ДЭКРС Транспортной Концессионной Компании, разрешившим публикацию данных об испытаниях. На сайте ТКК имеются сведения, что предприятие ведет подготовительные работы по открытию беспилотного трамвайного движения.

Вне сомнения, надежная широкополосная связь с подвижным составом позволит повысить комфорт и безопасность пассажиров, обеспечить широкополосный Wi-Fi в салоне, возможность вовремя информировать пассажиров о важных городских новостях, задержках по пути следования, в режиме онлайн внедрить видеонаблюдение за дорожной ситуацией и работой водителя с диспетчерского пункта. Более того, мульти-гигабитная подвижная связь открывает возможности для новых, все более требовательных к трафику сервисов, которые сейчас даже предсказать трудно.

Тестирование системы связи PPC-10G-Rail показало, что на отечественном оборудовании можно достичь очень высокой пропускной способности беспроводной связи на каждую единицу городского транспорта. Короткое время развертывания сети и высокая надежность соединения являются исключительно важными характеристиками для проектов в транспортной отрасли.

Автор: Сергей Березин
Источник: https://habr.com/

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!