Підвищення ємності та завадостійкості каналу передачі даних в системі автоматичної локомотивної сигналізації

UKR: Мета. Удосконалення системи автоматичної локомотивної сигналізації шляхом підвищення ємності та завадостійкості каналу передачі даних через рейкову лінію. Методика. Для досягнення поставленої мети проведено аналіз існуючих рішень щодо вдосконалення системи автоматичної локомотивної сигналізації. Проведено порівняльну оцінку ємності каналу передачі даних в системі автоматичної локомотивної сигналізації з числовим кодуванням АЛСН та потенційної ємності каналу через рейкову лінію. Запропонована система команд багатозначної автоматичної локомотивної сигналізації, яка крім традиційних команд АЛСН дає змогу передавати на локомотив інформацію про обмеження швидкості на станціях, постійні обмеження відповідно до особливостей залізничних ділянок, а також інформацію про поточну поїзну ситуацію на перегоні з урахуванням можливого збільшення швидкостей до 250 км/год. Для підвищення завадостійкості каналу передачі даних запропоновано використовувати код Файра та квадратурну фазову маніпуляцію QPSK. Визначено твірний поліном коду Файра, розрахована інформаційна швидкість та час передачі однієї команди. Результати .Для дослідження завадостійкості запропонованої системи розроблено імітаційну модель, програмний код якої написаний мовою Python. Встановлено, що код Файра (12,6) гарантовано виявляє всі помилки, крім чотирикратних, шестикратних та восьмикратних. Для усунення таких помилок запропоновано виконувати багатократний прийом кожної команди. Відповідно до результатів моделювання загальний коефіцієнт невиявлення для однократного прийому дорівнює 0,0087, для двократного прийому – 1,6·10-5. У разі трикратного прийому невиявлення помилок під час моделювання не фіксувалось. Наукова новизна. Авторами цієї роботи запропоновано комплекс рішень для удосконалення неперервної системи автоматичної локомотивної сигналізації: збільшення ентропії джерела; зменшення інформаційних втрат завдяки застосуванню завадостійкого коду Файра та чотирипозиційної фазової маніпуляції; підвищення частоти передачі повідомлень та багатократний прийом. Практична значимість. Впровадження запропонованих рішень дозволить підвищити ємність та завадостійкість каналу передачі даних через рейкову лінію, розширити систему команд автоматичної локомотивної сигналізації з урахуванням обмежень швидкості на станціях, інформації про встановлену швидкість для швидкісних залізничних ліній, а також постійних обмежень відповідно до особливостей залізничних ділянок.

ENG: Purpose. Improvement of the automatic cab signaling (ACS) system by increasing the capacity and interference immunity of the data transmission channel based on the rail line. Methodology. To achieve the purpose, the analysis of existing solutions for improving the automatic cab signaling system has been performed. The comparative assessment of capacity the data transmission channel in the automatic cab signaling system ALSN with numerical coding and the potential capacity of the channel based on the rail line has been carried out. The system of commands of the multivalued ACS has been proposed, that in addition to traditional ALSN commands, allows transmitting to the locomotive information about speed limits at stations, permanent restrictions according to the characteristics of railway sections, as well as information about the current train situation on the section, taking into account the possible increase in speeds to 250 km/h. To increase the interference immunity of the data transmission channel, it was proposed to use Fire code and quadrature phase shift keying QPSK. The generator polynomial of the Fire code has been determined, the information rate and transmission time of one command have been calculated. Findings. To study the interference immunity of proposed system, the simulation model has been developed, the program code of which is written in Python. It was determined that the Fire code (12,6) is guaranteed to detect all errors except for quadruple, six fold and eightfold. To eliminate such errors, it is proposed to perform multiple receiving of each command. According to the simulation results, the total non-detection coefficient for single reception is 0.0087, for double reception is 1.6·10-5. In the case of triple reception, no errors were detected during the simulation. Originality. The authors of this work proposed a set of solutions for improving the continuous system of automatic cab signaling: increasing the source entropy; reducing information losses by using the error correcting Fire code and quadrature phase shift keying; increasing the frequency of message transmission and multiple receiving. Practical value. The implementation of the proposed solutions will allow increasing the capacity and interference immunity of the data transmission channel based on the rail line, expanding the ACS command system taking into account speed limits at stations, information about the set speed for high-speed railway lines, as well as permanent restrictions in accordance with the characteristics of railway sections.