A hurokról általánosságban

Az infill hurok szerepe

A sugárzókábel működésének alapelve

A direkt szekvenciális szórt spektrumú eljárás és a CDMA

A hurok rendszertechnikai adatai

A hurokról általánosságban

Amíg a balíz csak egy adott pontban képes információt juttatni a vonatra, addig - a kezdeti specifikációs folyamat során a Siemens Switzerland által javasolt technológia, - az Euroloop kvázi folyamatos jelfeladást tesz lehetővé. A kvázi szó értelmét az adja, hogy nincs arról szó, hogy a teljes vonal hosszában fektetnék le ezt a fajta sugárzókábelt, hanem csak bizonyos részein a pályának, jellemzően az előjelzők és főjelzők között. Emiatt nevezik még szakaszosan folyamatos jelfeladásnak is.

Az Euroloop – magyar fordításban hurok vagy sugárzókábel (leaky cable) – egy a sínszál mellett futó vezető, jellemzően (áteresztő) koaxiális kábel.

Euroloop (sugárzókábel) és telepítése

A sugárzókábel praktikus kiegészítője lehet a balíznak. Jó példa erre az ún. „kitöltési” avagy infill probléma, amelyre a balíz pályaelem kapcsán már kitértünk. Sugárzókábel használatával adott szakaszokon folyamatos jelfeladás valósítható meg a balíz pontszerű jelfeladása mellett, amennyiben erre bizonyos okból szükség van (pl. jelzőfény változás balíz elhagyása után).

Ahhoz, hogy a fedélzeti berendezés felkészülhessen a huroküzenetek vételére, tudatni kell vele, hogy hol fog hurok fölött elhaladni. A hurokvég jelző (End Of Loop Marker – EOLM) egy a hurok elejére vagy végére utaló eszköz. Amikor a fedélzeti berendezés megkapja ezt az információt, akkor tudja, hogy egy hurokkal felszerelt pályaszakaszra ér, vagy azt éppen elhagyja. Az EOLM meghaladásakor a fedélzeti berendezés felkészül a huroküzenetek vételére. Egyirányú alkalmazás esetén, amikor a hurkot csak az egyik irányban közlekedő vonatok információellátására alkalmazzuk, EOLM csak a hurok kezdeténél található. Hurokvég jelzőként leggyakrabban a szomszédos balízcsoportot használják, aminek segítségével a következő információk adhatók fel az elhaladó vonat számára:

• hurokazonosító, a hurok azonosításához;

• távolság a hurokig, amely megadja a távolságot az EOLM-tól addig a pontig, ahonnan a huroküzenet fogható lesz;

• hurokhossz, ami meghatározza, hogy a huroküzenetek milyen hosszon keresztül lesznek foghatóak;

• mutató, amely megadja, hogy a hurok iránya megegyező vagy ellentétes a közlő EOLM irányával;

• szórt spektrumú kulcs kiválasztásához szükséges kód, a huroktávirat vételéhez (dekódolás).

A hurok általában mintegy 50-400 méter hosszú, maximális mérete az érvényes specifikációk alapján 1000 méter lehet. Használatával lehetővé válik az üzemi feltételekhez való rugalmasabb alkalmazkodás az ETCS alacsonyabb szintjén is.

Az infill hurok szerepe

Az infill balíz alkalmazásához hasonlóan Euroloop használatával is számolhatunk. Vonatunk jelen esetben az A pontban megkapja a vörössel jelölt sebességgörbét a 2. jelző Megállj! jelzésének megfelelően. A balíznál látottakhoz hasonlóan megint csak az történik, hogy a 2. jelző által fedezett szakasz szabaddá válik, ami miatt a 2. jelző továbbhaladást engedélyező állapotba kerül. A vonat erről újfent túl későn, a C balíznál szerezne tudomást, a megállás után.

Euroloop alkalmazása kitöltéshez

Euroloop használatával (a lilával jelölt szakaszon) a probléma orvosolható. A hurok segítségével a B ponttól kezdődően a 2. jelző állapota folyamatosan felvihető a mozdonyra, a jel esetleges változásával együtt. Így a vonat időben tájékozódhat a változásról, és ennek megfelelően a zölddel jelölt helyes sebességgörbe érvényesül a D ponttól – ahol az állapotváltozást most feltételeztük.

Fontos hangsúlyozni, hogy infill balíz vagy infill hurok alkalmazása csak az ETCS 1-es szintjén értelmezhető, használatukkal az üzemeltető hatékonyabb pályakihasználást és nagyobb sebességet érhet el. Kitöltő információ alatt jelen esetben tehát olyan pálya-jármű irányú információt kell érteni, amelyet az ETCS rendszerre érvényes specifikációk szerint a vonal átbocsátóképességének növelése céljából adnak fel a vonatra az ETCS 1-es szintjén. Figyelembe véve, hogy az ETCS 1-es szintje pontszerű vonatbefolyásoló rendszer, esetenként szükséges az időközben szabadabb jelzési képre váltó jelzőre vonatkozó információ feladása a fedélzeti berendezés számára. Az ún. leértékelési (downgrade) problémával, azaz amikor a továbbhaladást engedélyező jelzési kép a vonat előtt vörösre változik, az EU országok többsége biztonsági kockázata alapján nem számol. Eszerint annak valószínűsége, hogy ez a „jelző visszaesés” bekövetkezik, és ott éppen vonat közelít, továbbá ebből veszélyhelyzet alakul ki, majd baleset, és végül ebből komoly kár vagy sérülés keletkezik olyan kicsi, amire ezen a kockázati szinten műszaki megoldást nem szükséges tervezni. A magyar hatóságok a kérdéskört továbbra is komoly problémaként kezelik, a megoldás kidolgozásában pedig a kitöltő információk biztosításának komoly szerepe lehet.

A sugárzókábel működésének alapelve

Az Euroloop gyakorlatilag a balízok hosszirányú kiegészítője, amely az adatokat akár 1000 méter távolságra is továbbítja. Ahogy láthattuk használatával az aktuális jelzési parancs az előjelző és a főjelző között folyamatosan továbbítható a vonatra. Ez lehetővé teszi a közlekedésnek az üzemi feltételekhez való rugalmasabb alkalmazkodását.

Egykor még az EEIG hozott döntést az Euroloop szabványról, amely a Siemens Switzerland ajánlásán alapult. Elve az volt, hogy egy “sugárzókábelt” fektetnek a vasúti aljra. Az alkalmazott kábeltípus a széles körben ismert koaxiális kábel lett, ám annak a megszokottól eltérő konstrukciója, az ún. áteresztő koaxiális kábel. A technikai fejlődés és a használt frekvencia eredményeként a hurok napjainkban már nem is zárt hurok, hanem antennaként működő kábel, amelynek visszavezetése nem szükséges.

Az Euroloop alrendszerben a fedélzeti berendezés egyrészt egy antennaegységből áll, ami akár közös is lehet az Eurobalise és az Euroloop számára; másrészt egy hurok átviteli modulból áll, ami szintén lehet egybeépített a BTM-mel.

Hurokátviteli alrendszer

Az Euroloop telepítési környezete az alábbi ábrán látható. Amint a hurok-modem érzékeli egy vonat elhaladását, 1 másodpercen belül aktiválja a hurkot, amely megkezdi az aktuális üzenet sugárzását.

Az Euroloop telepítési környezete

Bár maga a (koaxiális) kábel felépítése akár a rendszertechnikai alfejezethez is tartozhatna, az itt tárgyalandó működési és telepítési elvek megkövetelik a legfontosabb jellemzők tisztázását.

Egy ideális koaxiális kábelben (így a hagyományos, szinte minden lakásban megtalálható TV-koaxiális kábelben) valamennyi az árnyékoló áram által létrehozott mágneses erővonal körülveszi a központi vezetőt. A kölcsönös induktivitás a központi vezető és az árnyékolás között tehát megegyezik az árnyékolás önindukciójával. Ehhez követelmény, hogy az árnyékolás henger alakú, az áramsűrűség pedig egyenletes legyen annak kerületén. Ideális koaxiális kábelben a konstrukcióban jelen lévő szimmetria miatt az áram a belső és a külső vezetőben erősségében és eloszlásában azonos, de polaritásában ellentétes. Ennek a ténynek köszönhetően nem jut mágneses mező a kábelen kívülre, az árnyékolás tökéletes.

Az Euroloop alrendszerben alkalmazott áteresztő koaxiális kábel ugyanazon a konstrukciós elven alapul, mint a hagyományos koaxiális kábel, azzal a kivétellel, hogy ekkor a külső árnyékoláson kisebb lyukak helyezkednek el, ami miatt a lyukaknál a szimmetria már nem jön létre. Ez azt eredményezi, hogy az áram a külső árnyékolásban többé nem homogén, így a kábelen kívül mágneses mező jön létre, azaz az árnyékoláson lévő lyukak miatt az elektrosztatikus mező a külső térbe jut. A lyukak átmérője összefüggésben van a hullámhosszal. Mivel az elektromágneses hullám emissziója elhanyagolható, így a jel akár 1000 méterre is eljutatható.

Az áteresztés eredményeképpen elektromágneses hullámot sugározhatunk a kábel mentén. A lyukaknak a földhöz vagy a vasúti sínszálhoz viszonyított helyzete nincs számottevő hatással a terjedésre, a frekvenciának ugyanakkor kellően magasnak kell lennie a sugárzás megvalósításához. Ezt a módszert egyébként már korábban is széles körben alkalmazták az alagutakban történő rádiós átvitelhez, az 50..1000 MHz frekvenciatartományban.

Az Euroloop alrendszer pályaoldali alrendszere és fedélzeti alrendszere közötti adatátvitel elektromágneses (induktív) úton történik a légrésen keresztül, az Eurobalise-nál már ismertetett fő elvek szerint. A mágneses mező függőleges komponense hasonlóan jelet indukál a járműantenna vízszintes hurkában.

A pálya hosszában történő megbízható átvitellel szembeni követelmény, hogy az energia az áteresztő koaxiális kábel teljes hosszán sugározzon. Ám a pálya különböző pontjain a sugárzott jel különböző terjedési útvonalon (különböző terjedési késleltetésekkel) jut az antennához. Ha ez a többutas jel keskeny sávú jel volna, akkor ez azt eredményezné, hogy a jel különböző komponensei gyakorlatilag teljesen kioltanák egymást. A probléma kivédéséhez használjuk a hurok alkalmazásoknál a szórt spektrumú modulációt, amely jóval nagyobb sávszélességet használ. Bizonyos frekvenciákon ugyan továbbra is csillapított a jel, de a spektrum többi részén áthatol, és így a hurokba táplált jel hozzávetőleg körkörös mágneses mezőt hoz létre a kábel körül. A pályáról a vonatra történő átvitelhez használt szórt spektrumú modulált jel körülbelül az 1.8…7.2 MHz frekvenciatartományban szóródik.

A járműre átvitt jel spektruma

A sugárzókábel a sínszál külső vagy belső oldalára egyaránt felszerelhető, mindez csak kisebb eltérést eredményez a mező eloszlásában.

A direkt szekvenciális szórt spektrumú eljárás és a CDMA

A direkt szekvenciális szórt spektrumú technika (Direct Sequence Spread Spectrum Technique – DS-SST) képezi a CDMA rendszerek alapját. Ebben a technikában egy álvéletlen kód tartozik az adóhoz és a vevőhöz, mégpedig oly módon, hogy a kódsorozat hossza éppen egy bitidő hosszúságú. Maga az álvéletlen kód természetesen sok bitből áll, chipekre osztva a hasznos jel bitidejét. A jelküldési szabály egyszerű: ha a kiküldendő bit értéke "1", akkor a kódsorozatot küldi ki az adó, ha "0", akkor a kódsorozat negáltját. A vevő az álvéletlen kód ismeretében ismeri fel az információt és dönti el, hogy "0" vagy "1" érkezett.

A CDMA (Code Division Multiple Access – kódosztásos többszörös hozzáférés) esetében – akárcsak az FDMA (Frequency DMA) vagy TDMA (Time DMA) rendszereknél – az a cél, hogy a frekvenciasávot több összeköttetés együttes átvitelére is használni tudjuk. Az FDMA rendszerek a frekvenciatartományt osztották több részre ennek érdekében, míg a TDMA rendszerek az időtengelyt osztották fel időrésekre a feladat megoldásához. A CDMA rendszerek a DS-SST technikának azt a tulajdonságát használják fel, hogy az adó és a vevő egy álvéletlen kódot használ az információ továbbításához, amely kód az adott kapcsolatra jellemző. Ha egy másik kapcsolat egy eltérő kódot használ, akkor használhatja ugyanazt a széles sávú frekvenciatartomány mindkettő, hiszen a vevő ki tudja választani, melyik információ érkezik a számára és melyik nem. A többszörös hozzáférést tehát nem a frekvencia, nem az idő, hanem a kódok felosztásával valósítja meg, innen ered a név.

Az alábbi ábra felső sorának bal oldalán látható az átvitt szórt spektrumú jel. Megfigyelhető az igen nagy sávszélesség, a mellette lévő demodulált jelhez képest. A középső sorban a szórt spektrumú eljárás egyik nagy előnye mutatkozik meg. A bal oldalon ismét a szórt spektrumú jel látható, ezúttal egy idegen forrásból származó keskenysávú jellel (zaj). A középső sor jobb oldali ábrája bizonyítja, hogy a (zavaró) keskenysávú jel a fogadónál igen nagy sávszélességben szóródik, erőssége viszont éppen ezért jelentősen lecsökkent. Az alsó sorban megfigyelhető, hogy a kód helyes kiválasztásával egy másik szórt spektrumú jel erőssége is a kívánt mérték alatt tartható a demoduláció során.

CDMA jelek tulajdonságai

Az alkalmazott CDMA eljárás 15 különböző, 0-14-ig sorszámozott 472 bit hosszúságú kóddal védi a rendszert az áthallástól. A példa kedvéért íme a 0. sorszámú kód:

001110000111111001101110111110101010111101001100 000010100111011010101010101100001111111110010010 011001001101001111011101001010000001100011010110 010101011100111001110001001100000000001111000000 011111011101000010000111110010110011111001010111 001001101000100010111000001010000001100001111101 110010101111011111011111011111110010101111001010 001000001011101000100110110000001100111011101000 110000010110000111101010001110001110101000111010 0100111101110101010110010010110100010000             

Járulékos moduláció

Az eddig említett jelek alapsávú jelek voltak. A spektrumot viszont alkalmassá kell tenni a rádiócsatorna számára. Ezért az alapsávi jelet a balíz antennához alkalmas vivőfrekvenciára ültetik. A hurok alapsávi jele 4.51583 Mchip/s chipsebességű, a vivőfrekvencia szintén 4.51583 MHz-es. A jel szűrésével érhető el, hogy az megfeleljen a hurok rendszer sávszélességének (1.8…7.2 MHz).

Ez az eljárás egyszerűen végrehajtható az adó mintavételezett jelével. Minden chipet N számú minta képvisel (a vivőfrekvencia N számú mintavétele). Amíg a mintavételi sebesség a chipsebesség többszöröse, és a chipsebesség az adatsebesség többszöröse, a vivőfrekvenciával történő multiplikáció végrehajtható digitálisan invertált impulzusokkal. A létrejött folyamatos jelet szűrés és erősítés után az áteresztő koaxiális kábelbe továbbítják.

A hurok rendszertechnikai adatai

Az előzőekben – az átviteltechnika megértéséhez – az áteresztő koaxiális kábel felépítését már bemutattuk, így itt csak felidézzük azt az alábbi ábra segítségével. Az áteresztő koaxiális kábelben futó jelet tehát egy mágneses mező kíséri, ami koncentrikus erővonalakkal ábrázolható.

A hurok felépítése

Az áteresztő koaxiális kábel funkciójában nem különbözik azoktól az igen elterjedt „sugárzókábelnek” nevezett vezetőktől, amiket a magasabb frekvenciatartományban használnak. A jól ismert koaxiális kábeltől való egyetlen eltérése e kábelfajtának, hogy kisebb lyukak találhatóak a külső árnyékoláson. A sugárzókábel teljes hosszában átlyukasztott; jellemzően 15 mm átmérőjű lyukak helyezkednek el 20 cm-enként, de a különféle kábeleknél ettől eltérések lehetnek.

A hurok egyszerűsített áramköri helyettesítő rajza alább látható. Az erre vonatkozó tipikus értékek a következők:

• Ellenállás: 50 +/-2 Ω

• Csillapítás f=5 MHz-nél: 5 dB/km

• Belső vezető egyenáram ellenállása: 1,5 Ω/km

• Árnyékolás egyenáram ellenállása: 2,5 Ω/km

• Max. tesztfeszültség: 3 kV rms/1min/50 Hz

• Környezeti hőmérséklet-tartomány: -40-től +70 °C

A hurok táplálása

A hurok legfeljebb 1000 méter hosszú lehet, minimális hossza a vonalon engedélyezett sebesség függvénye. Hosszú távirat vételéhez a huroknak:

• 180 km/h-ig legalább 15 méter,

• 300 km/h-ig legalább 25 méter,

• 500 km/h-ig legalább 42 méter hosszúnak kell lennie.

Lap teteje