Sistem de Monitorizare cu Aplicabilitate In Traficul Feroviar

1.Semnalizarea în calea ferată

Semnalizarea in calea ferată este un sistem de dirijare a traficului feroviar dar si de prevenire a accidentelor între trenuri. Trenurile circulă pe un drum fix(cale ferată) si sunt dispuse din acest motiv accidentelor. Greutatea trenurilor este un factor principal ce trebuie luat in considerare, deoarece acest lucru face ca trenul sa frâneze pe distanțe foarte mari. In Regatul Marea Britanie s-a introdus in anul 1889, prin actul “Regulamentul Căilor Ferate” o serie de implementări privind siguranța circulației pe calea ferată, din cauza accidentului din acel an de la Armagh.

1.1. Programul trenurilor
Cea mai simplă formă, din punct de vedere al echipamentului, este ca sistemul să funcționeze pe baza unui program(calendar). Un program fix este stabilit, iar fiecare membru trebuie sa îl cunoască. Trenurile vor circula pe o secțiune de cale doar in baza programului, având in acest timp “posesia”, si niciunui alt tren nu ii va fi permis sa folosească acea secțiune de tren in momentul respectiv. Când două trenuri circulală in direcții opuse, se stabilesc “locuri de întâlnire” care sunt programate, unde se va stabili care tren va trebui sa aștepte pentru ca celălalt sa își continue drumul. Niciunui tren nu ii este permis sa se miște până când celălalt nu a sosit. În USA se foloseau două steaguri verzi pe timp de zi si două lumini verzi pe timp de noapte pentru a indica faptul că mai urmează un tren, iar trenul care așteaptă trebuie sa mai aștepte si trecerea celui de-al doilea tren. În plus, trenul care are atașat cele două steaguri claxonează de 8 ori înainte să se aproprie, trenul care așteaptă trebuie sa claxoneze si el, tot de 8 ori, înainte ca primul tren să poată efectua manevra. Acest mod de programare a trenurilor are mai multe dezavantaje. Primul este acela ca nu se poate sti sigur ca sectiunea ce urmeaza este libera, doar daca este programată să fie liberă. Sistemul nu acceptă întârzieri sau defecțiuni pe parcurs, dar în cazul în care acestea apar, programul era făcut astfel încât conductorul trenului avea suficient timp pentru a ajunge pană la prima stație de semnalizare pentru a informa alt tren. Al doilea dezavantaj este acea că sistemul nu este flexibil: niciun tren nu poate sa fie adăugat , întârziat sau reprogramat fără o înștiințare în prealabil. Al treilea dezavantaj este corolar al celui de-al treilea: sistemul este ineficinet. Pentru a ridica flexibilitatea, programul trebuie sa acorde fiecărui tren un timp pentru întârzieri, deci linia este ocupată mai mult decât este necesar. Cu toate acestea acest sistem permite funcționarea pe scală largă, fără cerințe de comunicare. Programul trenurilor este modul in care acestea circulau la începuturile căilor ferate.
1.1.1.Programul trenurilor si ordinea trenurilor
Odată cu apariția telegrafului, în 1851, un sistem mai bun a apărut, deoarece acest lucru a permis transmiterea de mesaje cu care se putea anula, reprograma sau adăuga un tren. S-a folosit in America până în anii 1960 și în Canada până în anii 1980.

1.2. Blocul de semnale

Trenurile nu se pot ciocni dacă nu li se permite să ocupe aceeași poțiune de cale ferată in același timp și de aceea șinele au fost împărțite in blocuri. Doar un singur tren poate ocupa un bloc la un moment dat. Acest principiu formează baza oricărui sistem de cale ferată.
12.1..Intrări și ieșiri la un bloc controlat manual
Înainte ca un tren să intre pe un sector de bloc, impiegatul trebuie să se asigure că acel bloc nu este deja ocupat. Când un tren părăsește un sector de bloc, trebuie sa informeze impiegatul pentru a sti unde se deplasează. Chiar dacă impiegatul a fost informat ca trenul din urmă a părăsit sectorul de bloc, el trebuie să vadă dacă semnalul permite trecerea trenului în următorul sector. Când un tren ajunge la finalul blocului, înainte să dea semnalul că trenul a ajuns, el trebuie să vadă marcajul de pe ultimul vagon. Acest marcaj este de obicei un disc colorat(pe timp de zi) sau o lampă colorată(pe timp de noapte).
1.2.2.Blocuri permisive si blocuri absolute
La un sistem cu blocuri permisive unui tren îi este permis sa treacă de semnalul roșu, doar cu o anumită viteză care să îi permită frânarea în caz de urgență. Acest lucru asigură o eficiență mai bună și se folosește in special in USA, iar în majoritatea trenurilor este interzisă trenurilor de marfă. Blocurile permisive se folosesc în cazuri de urgență, când un conductor nu poate să contacteze impiegatul după ce a așteptat prea mult la um semnal de roșu. În acest caz trenurile trebuie să aibă o viteză redusă (32km/h sau mai puțin). Totuși acest lucru este lucru este interzis dacă vizibilitatea este redusă.
Chiar și în cazul implementării bocurilor absolute, trenurilor le este permis să intre pe un sector ocupat, însă doar cu autorizație. În baza autorizației, impiegatul spune conductorului ce se află în fața trenului și la ce să se aștepte.
1.2.3.Blocul automat
La un bloc automat, trenurile sunt informate pe baza semnalelor luminoase automate dacă următorul sector este liber sau ocupat.
1.2.4.Blocurile fixe

Majoritatea blocurilor sunt fixe: ele includ linia de cale ferată dintre două puncte. La programarea trenurilor și ordinea trenurilor blocurile erau reprezentate practic de cele două stații: cea de plecare și cea de sosire. În acest caz cele două puncte sunt reprezentate de semnale luminoase. Distanța dintre puncte poate sa difere de la cațiva kilometri la cateva sute de metri. Când se calculează marimea unui bloc se iau in calcul următoarele:
-viteza maximă cu care se poate circula pe linie;
-viteza maximă a trenului;
-distanța de frânare;
-caracteristicile de frânare a trenului;
-distanța de la care conductorul poate vedea un semnal;
-timpul de reacție a conductorului.
1.2.5.Blocuri adaptive
Unul din deavantajele blocurilor fixe este acela al capacității reduse datorată vitezelor mari ale trenurilor si a distanțelor mari de frânare. La blocurile adaptive calculatorul calculează o zonă de siguranță în care niciun tren nu poate să intre. Sistemul se bazează pe locația exactă a trenului, viteza si direcția lui. Nu mai este nevoie de semnale luminoase, întrucât informația este transmisă direct conductorului. Are avantajul de a crește capacitatea liniei deoarece trenurile merg apropiate unele de celelalte, păstrând o distanță de siguranță.

1.3. Sisteme de siguranță
Dacă un conductor nu respectă indicația semnalului se poate ajunge la consecințe destul de grave. De aceea s-au inventat sisteme de siguranță amplasate la bordul trenului. Unele sisteme intervin doar dacă s-a depășit semnlalul luminos de culoare roșie, altele doar avertizează vizual sau auditiv indicația semnalelor. S-au implementat si sisteme de frânare automată în caz de urgență.
1.3.1.Semnalizarea in cabina locomotivei

Este un sistem care oferă informații, în cabina locomotivei, despre calea ferată. Cele mai simple sisteme informează despre semnalele luminoase, însă cele avansate și despre viteza maximă de circulație și despre sectoarele din față.

1.4. Protectia trenurilor
1.4.1. Oprirea trenurilor

Unul din sistemele folisite pentru oprirea trenurilor utilizează o clemă ca in figură, care este pe prima poziție, atunci când semnalul este pe roșu, iar în a doua poziție, când semnalul este pe verde. Acest lucru asigură oprirea trenului când acesta trece de semnalul de oprire, din orice cauză apărută.
1.4.2. Sisteme inductive

În acest timp de sisteme, datele se transmit pe baza undelor magnetice. Principalul rol al acestuia este de a opri trenul când a depășit culoarea roșie.

1.5.Controlul automat al trenului
Sistemele de control al trenurilor sunt orientate pe nivelul de semnalizare:
-semnale optice;
-semnale electromagnetice(inductive);
-semnale mecanice sau semnalizare si control al trenului prin cablu special folosit la calea ferată, combinat cu balize radio pasive.
Aceste sisteme au câteva resticții:
-sunt instalații fixe de-a lungul căii ferate;
-fiecare sistem necesită cablare separată;
-nu sunt operationale internațional;
-costuri de întreținere si achiziție ridicată;

Cu ETMS, căile ferate împreună cu Siemens și alți furnizori mari au dezvoltat un nou sistem de control automat al trenului, pe patru nivele, numit ETCS (European Train Control System).
ETCS nivelul 0 folosește sistemul de eurobalize. Transmiterea de la antenă la baliză se face în 27,095 MHz, iar de la baliză la vehicul cu 4MHz/500kBit/s.

ETCS nivelul 1 este un sistem fix acționat radio folosind GSM-R, semnalizatoare tradiționale ca numarătoare de osii, cuple electronice, semnalele de pe linie fiind încă operaționale.

ETCS nivelul 2 este un sistem mobil acționat radio folosind GSM-R, fără alte semnale operaționale.

ETSC nivelul 3 este un sistem de semnalizare radio, iar semnalele vor fi operate din tren.

Nivele 2 si 3 ETSC vor fi folosite pe tronsoanele de mare viteză care permit trenurilor să circule cu viteze de peste 350km/h. Din acest motiv sistemul GSM-R, jucând rolul de canal de comunicație, va avea următoarele caracteristici:
-flux de date bidirecțional între centrul fix de control automat al trenului si computerele de control automat al trenului de la bord;
-legături de date continue pentru ETCS nivel 2/3 cu transmisii de date;
-transmisii de date discontinue pentru ETSC nivel 4;
Cu ETSC nivel 2/3, computerul de control automat al trenului de la bord va trasmite poziția, viteza, numarul de vagoane si multe alte informații de la bordul trenului către centrul radio. Rețeaua de la centrul radio compară datele primite de la computerele de control automat al trenului ale tuturor trenurilor din zona respectivă si profilul de viteză necesar fiecărui tren in parte. Aceasta va reduce distanța medie necesară între trenurile de pe aceeași linie. Rezultatul va fi folosirea în mod optim a căii ferate și micșorarea întârzierilor trenurilor.

2. GPS

GPS = un sistem care se bazează pe sateliți și este folosit pentru a determina poziția unui punct aflat oriunde pe Pământ.
Receptorul GPS preia informația transmisa de sateliți și folosește triangularea pentru a calcula locația exacta. Este folosit in cazul accidentelor , precum :

Pentru a determina locația exactă (trebuie transmise coordonatele exacte unui elicopter pentru a veni sa ajute) ;

Pentru a călători dintr-un punct in altul ;

Pentru a crea hărți digitale ;

Pentru a determina distanța dintre un punct și locația prezentă.

2.1,Cum funcționează GPS-ul

GPS este o constelație de 29 de sateliți care orbitează continuu in jurul Pământului. Acești sateliți , echipați cu ceasuri atomice , transmit semnale radio cu poziția exactă, timpul și alte informații. Semnalele radio sunt receptate de aparatele GPS. Un aparat GPS are nevoie doar de 3 sateliți pentru a-i determina poziția, dar nu va fi foarte precisă. În mod ideal, pentru o poziție exactă , este nevoie de 4 sau mai mulți sateliți.

Cele 3 elemente ale GPS-ului sunt:

Spațiul ;

Controlul sateliților;

Utilizatorul.

Spațiul : este format din 29 de sateliți care inconjoară Pământul, o data la 12 h la o altitudine de aproximatix 20 000 km . De la această altitudine se poate acoperi o arie excelentă. Sateliții sunt aranjati pe orbită, astfle încât un receptor GPS poate vedea 4 sateliți din orice punct de pe Pământ. Fiecare satelit conține mai multe ceasuri. Sateliții transmit semnale radio cu coduri unice pe diferite frecvențe, permițând astfel receptorului GPS sa indentifice semnalele. Scopul principal al acestor coduri este acela de a determina timpul in care semnalul ajunge de la satelit la repetor. Acest timp înmulțit cu viteza luminii va reprezenta distanța de la satelit la receptor.
Controlul sateliților: acest element urmarește sateliții și le oferă informații despre orbită și timp. Este format din 5 stații secundare si o stație principală. Cele 5 stații monitorizează semnalele sateliților și transmit această informație către stația centrală unde sunt corectate erorile. Apoi informațiile sunt transmise din nou sateliților.
Utilizatorul ( receptoare GPS ):acest element este format dintr-un număr nelimitat de receptoare GPS.

2.2.Cum determină GPS-ul locația :

Receptorul GPS folosește următoarele informații pentru a determina locația :

Poziția exactă a sateliților:

Când receptorul GPS este pornit descarcă informații de la toți sateliții despre orbită. Acest process durează aproximativ 12 minute, și o data descărcat , rămâne in memorie pentru viitoare utilizări.

Distanța până la fiecare satelit:

Receptorul GPS calculează distanța până la fiecare satelit folosind formula :

D = V∙x

unde V = Viteza luminii. Pentru a determina T , se cronometrează timpul pe care semnalul îl face de la satelit la receptor. Receptorul înmulțește V cu T rezultând D .

Triangularea:

Când un receptor primește semnale de la cel puțin 3 sateliți, se poate calcula poziția aproximativă. Receptorul are nevoie de 4 sau mai mulți sateliți pentru a calcula o poziție exactă. Poziția poate fi exprimată prin latitudine-longitudine.

2.3.Erori

GPS-ul nu este un sistem perfect, tocmai de aceea pot apărea erori, de exemplu:
a)Erori din partea utilizatorului:

Introducerea incorectă a informației in GPS , de exemplu: data.

Confundarea poziției 3D cu 2D pentru determinarea coordonatelor. Din cauza acestei greșeli pot rezulta erori in ceea ce privește distanța. Semnalul de la sateliți poate fi blocat de cladiri, suprafețe de teren, interferențe, etc .

Corpul uman poate cauza interferențe pentru semnal. Ținând GPS – ul aproape de corp, poate bloca semnalul de la sateliți.

b)Interfețele:

Sunt cauzate de semnalul satelitului reflectat din automobile clădiri, fire de electricitate, apă sau alte obiecte ( poza 5.2 ). Multipath-ul este greu de detectat și uneori imposibil pentru utilizator să evite sau pentru receptor să corecteze.

Erorile de ceas de la sateliți sau receptor

Acestea pot fi foarte mici, dar pot cauza erori în ceea ce privește poziția. Erorile sunt monitorizate și corectate de stația central.

Erori de orbita

Orbita sateliților depinde de altitudine , poziție și viteza acestora. Aceasta variază in funcție de atracția gravitațională și de fluctuațiile solare. Ele sunt corectate de stația central.

Geometria satelitului.

Locația satelitului, in funcție de receptorul de pe pământ poate influența abilitatea celui din urmă de a calcula poziția.Calitatea poziției depinde de poziționarea sateliților deasupra receptorului. Calitatea scade dacă sateliții sunt grupați.

Interferențe atmosferice

Atmosfera poate încetinii sau mării viteza semnalului. Din fericire, erorile cauzate de condițiile atmosferice ( umiditate, temperatură , presiune ) , au fost reduse odata cu implementarea WAAS ( Wide Area Augmentation System ).

Disponibilitate selectivă

Reprezintă limite ale sateliților in calcularea poziției. Acest lucru este o măsură de siguranță a Departamentului de Aparare a SUA.

Sisteme de corectare.

Au fost proiectate pentu a reduce unele surse de erori cu GPS

RTDGPS ( Real Time Differential GPS )

Presupune un al doilea receptor GPS conectat la un receptor. Acest receptor corectează si reduce erorile din semnalele GPS ca : interferențe atmosferice, erorile de orbită , disponibilitate selectiva ( când există) etc. Un RTDGPS poate face acestea , deoarece computer-ul lui știe locația exactă și poate determina astfel erorile. El nu poate corecta erorile datorate utilizatorului, sau interferențele Multipath. Pentru a determina o poziție cat mai exactă , atât RTDGPS cât si receptorul GPS trebuie sa primească același semnal de la sateliți in același timp. (Fig. 5.3)

Wide Area Augmentation System

Este un system proiectat pentru a îmbunătății zborurile folosind sateliți GPS și WAAS. WASS poate fi considerat ca și fiind un RTDGPS :

Folosește proprii sateliți staționari poziționați de-a lungul Ecuadorului pentru a transmite semnalele corectate către receptor. Dezavantajul WAAS îl reprezintă semnalul slab sub copaci, canioane și în latitudini nordice.

3.Comunicații

3.1.Transmisiile radio
Termenul de comunicații radio este folosit pentru a îngloba transmisiile radio care furnizează divertisment si alte forme se servicii pentru ascultători. Cele mai bune exemple sun serviciile de transmisii naționale furnizate in majoritatea țărilor și finanțate centralizat, fie de către guverne, fie prin diferite forme de licențe naționale. Este de asemenea în creștere numărul serviciilor comerciale care supraviețuiesc datorită veniturilor din sponsorizări sau publicitate.
În prezent sunt folosite numai trei tipuri de transmisiuni radio pentru transmiterea de date legate de transport. Primele două sunt Transmisiile pe Frecvențe Modulate (FM) și Transmisiile Audio Digitale(DAB). În ambele cazuri facilitatea de a furniza informații legate de trafic și de călătorii este văzută ca un plus față de scopul principal al serviciului de transmisiuni. Al treilea tip de comunicații (DARC) urmează încă să își croiască un drum semnificativ pe piață, cu toate că noi rețele sunt puse în funcțiune; se pare că DARC va fi mai potrivit pentru anumite nișe de piață.

Fig. no Tipuri de transmisii radio

3.1.1.Radioul AM
AM vine de la Modularea Amplitudinii care se referă la modalitățile de codare a semnalului audio pe frecvența purtătoare. În multe țări, posturile de radio AM sunt cunoscute ca posturi pe unde medii(MW). Radioul AM transmite pe benzi de frecvență care variază între 530 până la 1700 KHz. Posurile AM sunt numite și posturi cu transmitere standard deoarece AM a fost prima formă de a transmite semnale radio publicului. Aceasta a fost dominant în radio pentru primele două treimi ale secolului XX și încă rămâne importantă și astăzi.
Tehnologia radio AM este mai simplă decât alte tipuri de radio, cum ar fi FM sau DAB. Modularea amplitudinii este o metodă folosită pentru a modula un semnal, în mod tipic folosindu-se un radio. În cazul în care semnalul ce urmează a fi trimis e analog, amplitudinea undei radio este modulată pentru a fi direct proporțional cu valoarea semnalului analog de la acel timp. Un receptor AM detectează puterea undei radio și amplifică schimbările în măsurarea puterii pentru a acționa un difuzor sau niște căști.
Semnalul transmis constă în unda purtătoare plus două unde sinusoidale, fiecare cu o fecvență ușor diferită față de frecvența undei purtătoare. Acestea sunt cunoscute ca și benzi laretale. În general un semnal de frecvență(semnalul ce urmeză a fi transmis) transmis cu o frecvență a undei putătoare va produce unde de frecvență și, atâta timp cât frecvența transmisiei (adică a undei purtătoare) este la distanță suficient de mare, astfel încât aceste benzi laterale să nu se suprapună, posturile nu vor produce interferențe între ele.
Pentru benzile de undă lungi și medii, lungimea de undă este suficient de lungă astfel încât unda să urmeze curba pământului prin propagarea undelor prin pământ dându-i radiolui AM, mai ales celui pe unde lungi și medii pe timp de noapte, o gamă lungă.
Radioul pe unde scurte este folosit de către servicii radio care urmează a fi recepționate la distanțe mari față de stația transmițătoare; raza de recepție mare a transmisiilor pe unde scurte vine odată cu calitatea mai scăzută a fidelității audio. Modul de propagare a undelor scurte este diferit. AM este folosit mai ales în scopul transmisiilor de emisiuni; alți utilizatori ai undelor scurte folosesc o versiune modificată a AM cum ar fi SSB sau versiune compatibilă cu AM a SSB-ului cum ar fi SSB cu purtătorul reintrodus.
3.1.2.Radioul FM
FM vine de la modularea frecvenței care se referă la modalitățile de a coda semnalul radio pe frecvența purtătoare(centrală). Există două sisteme care operează pentru servicii de date pe VHF/FM: RDS și DARC. RDS există pe piață din 1987 și este standardizat de către CENELEC(EN50067). Aplicațiile pentru RDS includ faptul că se permite unui receptor să-și caute cea mai puternică frecvență sau, pentru un program anume din interiorul unei anumite rețele numele postului de radio poate fi afișat pe un afișaj cu 8 caractere împreună cu informații legate de călătorie. Canalul de Mesaje de Trafic(TMC) este cea mai nouă dezvoltate care folosește RDS.
Modularea frecvenței cere o lățime de bandă mai mare decât modularea amplitudinii printr-un semnal de modulare echivalent, dar aceasta face semnalul mai rezistent la interferențe. Modularea frecvenței este de asemea mai rezistentă contra pierderilor de amplitudini de semnal simple. Ca rezultat, FM a fost ales ca standard pentru transmisii radio de înaltă frecvență și fidelitate: de aici termenul de radio FM(deși timp de mulți ani BBC a insistat să fie denumit radio VHF).
3.1.3.Transmisii autodigitale (DAB)
Descriere
Sistemul EUREKA – 147 DAB este un nou sistem de transmisie digitală a sunetului intenționat să depașească sistemele FM analogice existente care operează în banda II. Ca și sistem de transmisie este unidirecțional. Este proiectat ca și sistem robust cu spectru mare și eficient energetic pentru transmiterea datelor și a sunetului.
DAB este considerat viitorul radioului și utilizează mai eficient rutele aeriene aglomerate și furnizează calitate de CD a sunetului care este mai robust si notabil mai bun decât o transmisie FM analogică. Transmisiile DAB sunt virtual imune în fața interfețelor și a pierderilor de semnal; programele nu sunt afectate sau pierdute la trecerea mașinii printr-un tunel sau pe sub linii de înaltă tensiune.
Unul din principalele avantaje de a alege DAB este că o singură frecvență numită Multiplex poate purta o combinație de programe audio stereo și / sau mono. DAB permite trecerea dincolo de audio și poate furniza unele sau toate capacitățile Multiplex de a transmite date care nu sunt legate de programarea audio.
Sistemul DAB este un sistem deschis, stabil , complet testat și standardizat care a fost dezvoltat de către EUREKA 147. Este normalizat ca standard european de telecomunicații ETS 300 401. A fost publicat pentru prima dată în 1994 și revizuit în 1998. Acest standard descrie semnalul de emisie DAB și definește DAB ca sistem care să furnzeze recepție mobilă , portabilă și fixă. Standardul se bazează pe sistemul general și cerințele de servicii adoptate de către recomandările 774 și 789 ale ITU-R.
Standarde DAB:
Standardele complementare ETSI sunt după cum urmează:

EN 301 234: protocol pentru Transfer de obiecte multimedia DAB MOT

EN 300 797: interfețe de distribuție DAB ; Interfața pentru Servicii de Transport (STI)

EN 300 798 : interfețe de distribuție DAB ; interfața…

ETS 300 799: interfețe de distribuție DAB; interfața de transport Ensemble (ETI)

Standardele pentru echipamente de recepție DAB sunta doptate de TC 206 a CENELEC după cum urmează:

EN 502 48: caracteristici ale receptoarelor DAB

EN 502 55: Sistemul de transmisie audio digitala ; specificații ale interfeței receptoare de date

Receptoarele încep să devină disponibile , și , deși incă sunt mult mai scumpe decât cele pentru FM , în câțiva ani se presupune că vor costa doar cu foarte puțin mai mult.
DAB intră acum în perioada de implementare; se fac experimente pe scară largă în 11 alte țări europene ca și în alte țări ale lumii. Servicii regulate DAB sunt acum disponibile în Suedia și Marea Britanie, iar Germania a anunțat servicii regulate. Odata ce se introduce servicii regulate, furnizorii nu le pot pur și simplu întrerupe.

Aspecte ale managementului frecvenței DAB
Sistemul EUREKA-147 este capabil de a opera în orice bandă de frecvență între 30 și 3000 MHz. Parametrii spectrului de planificare ceruți pentru sistemul EUREKA 147 sunt bine definiți și disponibili în domeniul public (vezi de exemplu Publicarea Specială ITU a transmisiilor de sunet terestre și prin satelit către receptoare în vehicule , portabile și fixe în benzile VHF și UHF, Geneva 1995). Sistemul a fost implementat in diferite părți ale lumii la frecvențe în jurul a 50,80,100,210-240,600,800 și 1452-1492 MHz.
În general , cu cât e mai mare frecvența, cu atât costurile de acoperire vor fi mai mari. De asemenea , atenuarea semnalului de către clădiri crește cu frecvența. Cu toate acestea, toate experimentele și serviciile operaționale recent în banda L au arătat că sistemul EUREKA a avut performanțe foarte bune la frecvențe mai mari, inclusiv în banda L. Frecvențele joase , cum ar fi banda I sunt caracterizate printr-un nivel mai mare de zgomot antropic și ar trebui evitate.
Introducerea DAB cere un plan pe termen lung. În acest scop este necesar un spectru de frecvențe radio suficient pentru a împiedica interferențe semnificative la canale care se suprapun și canale adiacente între serviciile DAB . Spectrul neocupat este necesar în blocuri de aproximativ 1,75 MHz lățime de bandă. În Europa, astfel de blocuri de spectru nu sunt in mod normal disponibile in banda II, care este folosită în mod extensiv de serviciile DAB în banda III, care este folosită intens de televiziunile terestre, sau in banda L care este folosită de către serviciile fixe, radio-astronomie, servicii de aero-navigație mobile și telemetrie în multe țări.
O întâlnire de planificare de trei săptămâni a fost convenită în iulie 1995 de către Conferința Europeana a Administrațiilor Poștale și de Telecomunicații (CEPT). Scopul aceste întâlniri a fost producerea unui acord special pentru introducerea de transmisii terestre a sistemului EUREKA 147 DAB în benzile de frecvența 46-68 MHz, 174-240 MHz și 1452-1467,5 MHz, ca și pregătirea unui plan de alocare a blocurilor de frecvență asociat, luând in considerare cerințele finale ale țărilor membre CEPT.
Planul de alocare formulat la întâlnire furnizează practic tuturor țărilor membre ale CEPT doua seturi de blocuri de frecvențe, fiecare cu o lățime de 1,536 MHz. Aceasta este o premiză vitală pentru lansarea pe scară largă a serviciilor DAB terestre în Europa. Majoritatea țărilor CEPT au optat pentru alocări de blocuri de frecvențe in banda III VHF și banda L. 85 de blocuri de frecvență pot fi folosite potențial pentru servicii DAB curente și viitoare în Europa. Aceste blocuri sunt localizate in banda I VHF (47-68 MHz), banda II (987-108 MHz), banda III (174-240 MHz) și parțial în banda L (1452-1492 MHz).În septembrie 1998 , CEPT a indentificat un necesar de 7 blocuri de frecvențe suplimentare în banda L , astfel încât numărul total de blocuri disponibile pentru DAB terestru în banda L va fi de 16 (din 23). Această extensie ar trebui să permită unui al treilea bloc de frecvențe să devină disponibil în orice locație dată.
Trebuie menționat că blocurile DAB disponibile în prezent sunt insuficiente pentru a prelua toate posturile existente naționale, regionale și locale de FM și să le transpună în DAB. Pentru aceasta , vor fi necesare blocuri suplimentare. O opțiune atractivă, supusă acordului cu armata , este banda 230-240 MHz (de exemplu canalul 13).
Toate benzile de transmisie sunt supuse unui acord care definește conținutul, de exemplu audio sau date. Astăzi sunt permise serviciile de date, dar nivelul depinde de la țară la țară în funcție de acordurile naționale asupra transmisiunilor, acolo unde acestea sunt disponibile. Totuși, procesul de convergență a transmisiunilor și a telecomunicațiilor a început deja în diferite țări , astfel deschizând drumul pentru o transmisiune completă de date.
Fiecare bloc de frecvența poartă o etichetă din două sau trei caractere care este convenabilă pentru producătorii de receptoare și pentru consumatori, atunci când fac programarea inițială a receptoarelor. Sistemul de etichetare a blocurilor de frecvențe în banda I VHF și banda III este complet compatibil cu numerele de canale de televiziune VHF (de exemplu canalele de la 2 la 13). Fiecare din aceste canale de televiziune pot primi 4 blocuri DAB ; 6 blocuri in czul canalului 13.
3.1.4.AM digital – Radio Digital Mondial (DRM)
Consorțiul DRM s-a format în 1998 când un mic grup de emițători și producători pionieri și-au unit forțele pentru a crea un sistem digital universal ( numit DRM ) pentru benzile de emisie AM sub 30 MHz – unde scurte ,medii și lungi. De atunci , DRM s-a extins într-un consorțiu internațional de mai mult de 70 emițători, producători, operatori de rețea, instituții de cercetare, uniuni de emițători și corpuri de reglementare.
Componenta DRM este globală , membrii reprezentând peste 25 de națiuni , variate , cum ar fi Ecuador, Tunisia , Germania, China, SUA, Nigeria, Finlanda, India , Marea Britanie, Japonia, Spania și Australia.
Sistemul de emitere DRM va propulsa benzile de emisie AM sub 30 MHz – unde scurte , medii și lungi la un alt nivel. DRM este singurul sistem radio AM digital universal, fără un proprietar cu calitate a sunetului apropiată de cea FM disponibilă pe piețele din lumea întreagă.
Calitatea radioului DRM este excelentă, iar îmbunătățirea față de AM analog este imediat observabilă. DRM poate fi folosit pentru o gamă de conținut audio, incluzând vorbirea în diferite limbi și muzică. În afara faptului că furnizează calitate audio apropiată de FM , sistemul DRM are posibilitatea de a include date și text . Acest conținut suplimentar poate fi afișat pe receptoarele DRM pentru a spori experiența ascultătorilor.
Spre deosebire de sistemele digitale care au nevoie de o nouă alocare de frecvență, DRM folosește benzile de frecvențe AM. Semnalul DRM este proiectat să se integreze în planul de benzi de frecvență de emisie existent, bazat pe semnale de lățimi de undă de 9 KHz sau 10 KHz. Are moduri cărora le sunt necesare lățimi de bandă ce pot fi de 4,5 KHz sau 5 KHz , plus moduri care pot folosi lățimi de undă mai largi, cum ar fi 18 sau 20 KHz.
Multe transmițătoare AM pot fi ușor modificate pentru a transmite semnale DRM .
Aplicațiile DRM vor include radiouri fixe și portabile , receptoare din mașini, softuri de recepție si PDA-uri. S-au produs mai multe tipuri incipiente de receptoare DRM inclusiv un soft de recepție. Sistemul DRM folosește un tip de transmisie numit COFDM (Multiplex de diviziune a frecvenței ortogonale codate). Aceasta înseamnă că toate datele produse de semnalele audio codate digital și semnalele de date asociate, sunt distribuite pentru transmiterea unui număr mare de purtători apropiați. Toți acești purtători sunt conținuți de către canalul de transmisie alocate. Sistemul DRM este proiectat astfel încât numărul de purtători să poată fi variat, depinzând de factori cum ar fi lățimea de banda alocată a canalului și de gradul de robustețe necesar .
Sistemul DRM poate folosi 3 tipuri diferite de codare audio, in funcție de preferințele emițătorului. Codarea audio MPEG 4AAC , îmbunătățită de extensia de bandă SBR, este folosită ca un codor audio universal si furnizează cea mai înaltă calitate . Codarea vorbirii MPEG 4 CELP este folosită pentru codarea de înaltă calitate a vorbirii acolo unde nu există conținut muzical. Codarea vorbirii HVXC poate fi folosită pe post de codor de vorbire cu o rată foarte scăzută a biților.
Robustețea semnalului DRM poate fi aleasă pentru a fi folosită în diferite condiții de propagare.

3.2.Undele radio și propagarea
Proprietăților undelor radio și modul lor de deplasare sau propagare sunt esențiale în studiul tehnologiei radio. Undele radio se pot deplasa pe distanțe mari, permițând efectuarea comunicațiilor în situații în care nicio altă metodă nu ar fi posibilă.Utilzarea lor face realizabilă comunicarea la distanțe de la câțiva metrii la câteva mii de kilometrii , prin legături telefonice sau multe alte forme de comunicare între persoane despărțite de mari spații geografice folosind propagarea undelor scurte sau sateliți.
O altă proprietate a undelor radio este aceea că se răspândesc în toate direcțiile de la antena emițătoare. Aceasta permite utilizarea lor în radiodifuziune. În zilele noastre, în multe locuințe există câteva aparate de radio , iar în majoritatea țărilor se afla multe stații de emisie care pot fi recepționate, ceea ce demonstrează importanța și succesul acestei căi de transmisie.
Pentru a cunoaște mai mult despre radio este necesar să se înțeleagă modul de propagare al undelor radio. Propagarea undelor variază cu frecvența. Uneori undele radio se pot deplasa în jurul Pământului , în timp ce, la alte frecvențe pot călătorii în spațiul cosmic, fiind capabile să ajungă la sateliți sau nave spațiale.
3.2.1.Undele radio
Semnalele radio sunt unde electromagnetice. Ele constau în același tip de radiații de bază ca și lumina, radiațiile ultraviolete și infraroșii, diferind doar din punctul de vedere al lungimii de undă și al frecvenței. Aceste unde sunt complexe ca alcătuire, având componente atât electrice, cât și magnetice, cu caracter inseparabil. Planurile acestor câmpuri formează unghiuri drepte unul cu celălalt și cu direcția de deplasare a undei.

Câmpul electric rezultă din variațiile de tensiune din antena care radiază semnalul, iar variațiile de câmp magnetic sunt rezultatul circulației curentului. S-a descoperit, de asemenea, faptul că liniile de câmp electric se desfășoară de-a lungul aceleiași axe ca și antena, dar răspândindu-se pe măsură ce se îndepărtează de antenă. Acest câmp electric este caracterizat prin variația de potențial pe o distanță dată.
O undă prezintă câteva caracteristici. Prima este lungimea de undă. Lungimea de undă este distanța dintre un punct al unei oscilații și punctul identic de pe următoarea oscilație.

A doua caracteristică a undei electromagnetice este frecvența. Aceasta ne arată de câte ori un anumit punct al undei efectuează o oscilație completă într-un câmp dat (într-un interval de timp de o secundă). Frecvențele utilizate în radio sunt, în general, foarte înalte de ordinul 1KHz, 1MHz, 1GHz.
A treia caracteristică importantă a undelor este viteza de propagare. Undele radio se propagă cu aceeași viteză ca și lumina. Practic, viteza este considerată 3∙108 , deși o valoare mai exactă este 299,.792.500 de m/s.
Relația între frecvență și lungimea de undă :

λ=c/f=c∙T

unde: λ=lungimea de undă, exprimată in mm;
f=frecvența;
c=viteza de propagare a undei în mediul respectiv;
T=perioada undei.

În cazul undelor sonore propagate în aer, c este 343 m/s la temperatura de 20°C. Lungimea de undă are un sens bine definit numai în cazul unei unde monocromatice, adică de o singură frecvență și ale cărei oscilații se repetă la infinit. În acest caz idealizat, lungimea de undă este cea mai mică mărime λcare îndeplinește relația:

u(x)=u(x+kλ)

unde u este parametrul oscilant al undei, x este poziția de-a lunguk direcției de propagare a undei, iar k este un număr întreg. Trebuie precizat că formula anterioară este riguros exactă numai în cazul undelor plane care se propagă într-un mediu omogen.
În timp ce lungimea de undă depinde numai de mediul în care se propagă unda, frecvența undei este constantă, cel puțin în cazul în care sursa, receptorul si mediul de propagare sunt în repaus relativ. De aceea, în precizarea parametrilor undei se preferă adesea frecvența acesteia. Dacă totuși o undă este descrisă prin lungimea de undă a oscilațiilor sale, trebuie precizat sau convenit mediul de propagare. De exemplu, în cazul luminii, există convenția că toate lungimile de undă se referă la propagarea în vid.
3.2.2.Polarizarea undelor radio
Undele electromagnetice pot fi polarizate. Polarizarea unei unde se referă la planul în care ea vibrează. Undele lectromagnetice sunt formate dintr-o componentă electrică si una magnetică, situate în planuri dieferite, iar pentru a determina polarizarea undei se ia în considerație planul componentei electrice.
Polarizarea undelor radio este foarte importantă deoarece s-a observat că antenele sunt sensibile la polarizare și, în general, captează sau transmit numai semnale cu o anumită polarizare. S-a descoperit că drumul parcurs de semnalul radio poate să îi afecteze polarizarea, dacă undele sunt reflectate.
3.2.3.Spectrul radio
Undele radio sunt o formă de radiație electromagnetică. Ele pornesc de la cele mai joase frecvențe și, ca atare, de la cele mai mai lungimi de undă. În partea superioară a spectrului de frecvențe radio se întâlnesc alte forme de radiație. Acestea cuprind radiațiile infraroșii, lumina, ultravioletele și alte câteva tipuri de radiații.
Spectrul radio acoperă o gamă largă de frecvențe. La capătul de jos al spectrului sunt semnale de doar cațiva KHz, în timp ce la capătul de sus sunt semnale cu frecvențe de sute de GHz, fiind în parcurs de dezvoltare dispozitive semiconductoare care funcționează la frecvențe de 100GHz sau mai mult. Se poate observa că există o zonă întinsă a spectrului de frecvență disponibilă pentru transmisii.
Pentru a face mai ușoară referirea la diferite porțiuni ale spectrului, le-au fost atribuite denumirile prezentate mai jos. Se poate observa că transmisiile în banda de unde lungi cad în zona de frecvențe joase a spectrului.

Spectrul de radiofrecvență

La frecvențe mai mari, banda de radiodifuziune pe unde medii cade în zona de frecvențe medii a spectrului(MF). Deasupra acestei benzi de transmisie începe, de obicei ea mai joasă bandă de unde scurte. Aici se află benzile alocate pentru comunicațiile maritime.
Între 3 MHz – 30 MHz este zona de înaltă frecvență(HF). În cadrul acestei game de frecvență se întind benzile de unde scurte propriu-zise. Aici pot fi auzite semnalele provenind in toată lumea.
Mai sus se întâlesc frecvențele foarte înalte sau benzile VHF din spectru. Acestea sunt exploatate de numeroșii utilizatori mobili. Aici sunt alocate stațiile radio de pe taximetrie și alți utilizatori de acest fel, ca si binecunoscuta radiodifuziune MF VHF.
În benzile de frecvență ulta înaltă(UHV) sunt localizate cele mai multe dintre stațiile terestre de televiziune.
Mai sus, în gamele de frecvențe super înalte(SHF) si extra înalte(EHF) sunt mulți utilizatori ai spectrului radio. Aceste frecvențe sunt din ce în ce mai mult folosite de sateliții comerciali si de comunicțiile speciale.
3.2.4.Propagarea semnalelor radio
Semnalele radio se comportă într-un mod similar undelor luminoase. Desigur, există câteva deosebiri datorate enormelor diferențe de frecvență dintre cele două, dar în esență se aseamănă.
Un semnal poate fi radiat sau transmis dintr-un anumit punct, iar undele radio se propagă din acel punct foarte asemănător cu undele pe care le vedem la suprafața apei dacă aruncăm o piatră într-un lac. Pe măsură ce se îndepărteză, ele devin tot mai slabe, deoarece trebuie să acopere o arie tot mai extinsă. Cu toate acestea, undele se pot propaga pe distanțe enorme. Lumina stelelor poate fi vazută de la ani-lumină distanță. Undele radio pot să parcurgă distanțe similare.
Direcția în care circulă undele radio se poate modifica exact în același mod în care undele luminoase pot fi reflectate sau refractate. Aceasta însemnă că undele radio nu se propagă numai în linie dreaptă, ci pot fi făcute să acopere distanțe mari în jurul Pământului. Acesta este motivul pentru care pot fi recepționate unde scurte provenind din toate părțile lumii prin diferitele staturi atmosferice care înconjoară Pământul.
3.2.5.Parametrii caracteristici ai sistemelor de radiocomunicații:
1. Frecvența:

frecvența alocată(fa), reprezintă frecvența centrală a benzii alocate;

frecvența referiță(fr), este o frecvență cu o poziție bine determinată față de fa;

frecvența emisiunii(fe), centrul benzii ocupate;

frecvența caracteristică(fc), o frecvență ușor de identificat în spectrul semnalului emis;

σf, toleranța de frecvență.

2. Benzi de frecvență:

alocată;

necesară;

ocupată.

Parametrii specifici echipamentelor de radioemisie:

radiația neesențială = puterea emisă pe una sau mia multe frecvențe în afara benzii alocate, putere care poate fi redusă prin măsuri tehnice fără a afecta calitatea semnalului util;

bruiajul = reprezintă deteriorarea calității, stânjenirea sau întreruperea repetată a unei transmisiuni de radiocomunicții din cauza unei perturbații oarecare;

Se mai disting o serie de parametrii specifici fiecărui echipament în parte, fie el de emisie sau de recepție.

3.3.Emițătoare radio
Există o mare varietate de tipuri diferite de emițătoare folosite pentru a genera toate semnalele care pot fi utilizate în benzile radio. Scopul lor este de a genera semnalul de bază sau purtătoarea și de a suprapune pe el modulația în formatul corect. O dată făcut acest lucru, semnalul este amplificat la nivelul corect si filtrat pentru a se elimina orice semnal parazit produs care este în afara benzii cerute. În acest punct, etajele de ieșire pot să includă circuite de adaptate care să asigure adaptarea corectă a impedanțelor între emițător și sarcină. În acest fel are loc transferul maxim de putere.
Rolul echipamentelor de radioemisie:

generarea și prelucrarea semnalului purtător;

prelucrarea finală a semnalului modulator pentru a se putea realiza procesul de modulție în condiții impuse;

realizarea modulației;

prelucrarea semnalului modulat;

transformarea semnalului modulat in UEM.

Rezultă o schemă bloc foarte generală care ține cont că în afara liniei funcționale principale (lanțul de radiofrecvență, blocul modulator) sunt necesare echipamente suplimentare pentru alimentare(BA) sau blocul de control(BC), întreținere, protecție, etc.

Ca în toate echipamentele electronice, complexitatea emițătoarelor crește și flexibilitatea lor se îmbunătățește astfel încât să poată răspunde cerințelor tot mai mare care li se impun. De la emițătoarele de putere joasă în UHF din telefoanele celulare, până la stațiile de emisie de radiodifuziune de mare putere, toate folosesc aceleași câteva blocuri funcționale de bază pentru a a junge la ieșire semnalul cerut.

3.3.1.Structura generală a lanțului de radiofrecvență

Oscilatorul pilot (OP) detemină valoarea frecvenței centrale și a stabilității frecvenței. Pentru a asigura generarea unei purtătoare cu stabilitate bună așa cum se cere în acest caz, se realizează cu tehnologii adecvate:

cu cuarț;

cu sintetizator de frecvență

Amplificatorul separator (AS) asigură condiții optime de funcționare pentru oscilatorul pilot.
Multiplicatorul de frecvență (M) este necesar pentru a mări deviația de frecvență și frecvența purtătoare la semnalele MF. Se folosește și la radioemițătoarele – MA cu frecvență purtătoare relativ mică. Dacă există acest multiplicator, blocurile de putere mică (OP,AS) vor lucra pe frecvența f1, iar cele de putere mare pe frecvența nf1.
Uneori nu pot fi folosite multiplicatoare, deoarece tipul semnalului modulat nu acceptă o prelucrare neliniară, în acest caz introducându-se unschimbător de frecvență(SF).
Amplificatoarele de putere prefinal(APF) și cel final (AF) trebuie sa lucreze cu un randament cât mai bun, acesta fiind un parametru ce depinde de clasa de lucru a etajului de amplificare: Clasa A(30%), Clasa B(40-50%), Clasa C(60-70%). Cele de Clasă C au pierderi mai mici dar se pretează la semnalele midulate insensibile la neliniarități.
Circuitul de adaptare (CA) realizează adaptarea între rezistența de sarcună a amplificatorului final și rezistența de intrare a antenei. Se relizeată constructiv dintr-un circuit LC, cu pierderi cât mai reduse.
Cele mai simple emițătoare sunt Emițătoarele Morse. Un emițător morse eficient poate fi relizat din foarte puține componente. Cum semnalele Morse pot fi detectate la puteri mai mici decât alte tipuri, puterea poate fi relativ mică. Pe lângă aceasta, circuitul poate fi destul de simplu, dacă sunt necesare facilități puține.
Figura de mai jos arată schema bloc a unui emițător foarte simplu. Tot ce trebuie este un oscilator pentru a genera semnalul, un amplificator de putere pentru a-i ridica nivelul, o metodă de comutare a semnalului deschis/închis și un circuit de adaptare si filtrare la ieșire.

În cel mai simplu circuit, oscilatorul poate fi pilotat de un cristal, pentru a asigura suficientă stabilitate, deși acesta limitează flexibilitatea aparatului. Adesea se folosește un oscilator comandat in tensiune, pentru a permite aparatului să lucreze într-o anumită bandă de frecvențe. Amplificatorul de putere este folosit pentru a crește nivelul semnalului. În acest tip de emițător, unde nu se aplică nici un fel de modulție purtătoarei, amplificatorul de putere ca lucra în Clasă C, pentru a da eficiență maximă.
Etajul final este circuitul de filtrare si adaptare. Pentru un emițător de putere mică, adesea e posibil ca dispozitivul de ieșire să ofere o adaptare bună cu impendanța de 50Ω fără transformator de impedanță sau cu o transformare foarte mică. Prin urmare, ar putea fi suficientă doar o filtrare. Pentru un emițător de acest tip, ea poate consta dintr-un filtru trece jos. Acesta va suprima semnalele parazite, care vor fi armonice ale semnalului util. Uzual, poate fi un filtru cu cinci poli, cu frecvența de tăiere imediat deasupra frecvenței de lucru.
3.3.2.Emițătoare pentru modulație de amplitudine
Un număr imens de semnale din spectrul radio sunt modulate pentru a transporta semnale audio. Calea cea mai simplă de a realiza acesta este de a modula aplitudinea undei audio. Deși nu este metoda cea mai eficientă, ea este încă itilizată pentru stațiile de radiodifuziune pe unde lungi, medii și scurte.
Un emițător MA trebuie să genereze o purtătoare pe care să o modifice cu un semnal modulator. Figura de mai jos prezintă un emițător MA de principiu. În acesst circuit se folosește un sistem numit modulație de nivel înalt; cu alte cuvinte modulația este aplicată purtătoarei în amplificatorul final.

Purtătoarea este generată de oscilatorul pilot (OP). Acesta paote fi un oscilator cu frecvență variabilă sau poate fi un oscilator cu cristal. Cel mai adesea se folosesc sintetizatoare de frecvență, pentru a se obține performanțe ridicate. O dată ce semnalul de bază a fost generat, el este trecut printr-un circuit tampon și amplificat. Acesta îl aduce la nivelul corect care să-I permită să atace amplificatorul final. Atât amplificatorul pilot cât și amplificatorul pilot final vor lucra în clasă C pentru a obține eficiență maximă.
Semnalul audio de la un microfon sau de la altă sursă de energie (g(t)) intră în emițător și este amplificat. Aceste etaje pot să limiteze sau să proceseze semnalul pentru ca să-I îmbunătățească inteligibitatea sau pentru a-I reduce banda ocupată. Pentru cele mai multe aplicții pentru scopuri de comunicații, frecvențele mai mici de 300Hz si mai mari de 3KHz sunt atenuate.
Semnalul audio este mai departe amplificat de amplificatorul pilot, dacă mai este nevoie, și aplicat amplificatorului modulator (AM). Aceste este un amplificator audio de mare putere, care trebuie să fie capabil să dezvolte o putere audio egală cu jumătate din puterea de intrare cerută de amplificatorul final de RF, dacă s-ar atinge un grad de modulație de 100%. Dacă se mai cere o creștere a nivelului de putere al emițătorului după ce modulația a fost aplicată, amplificatorul RF trebuie să funcționeze în clasă A pentru a evita distorsiunile de modulație.
Etajul final al emițătorului MA, ca și în cazul emițătorului Morse, trebuie să conducă semnalul prin circuitele de filtrare și de adaptare de impedanță. Acestea sunt necesare pentru a reduce nivelul semnalelor parazite până la nivelurile accesibile.

3.3.3.Emițătoare pentru modulație în frecvență
Modulația în frecvență este folosită pentru o varietate de aplicații de la radiodifuziunea MF de bandă largă până la transcieverele portabile MF de bandă îngustă. Exsită o mulțime de metode pentru producerea semnalelor MF și acestea depind de tipul de modulație: de bandă largă, de bandă îngustă si de circuitele care sunt folosite:

metoda directă cu oscilatpr LC;

metoda indirectă cu modulație de fază;

metode e include sintetizator de frecvențe.

Emițătoarele Fm sunt de obicei folosite pentru frecvențe de peste 3MHz și de aceea sunt necesare cristale care să asigure stabilitatea necesară. Modul de funcționare cel mai uzual este ca oscilatorul să lucreze la frecvență mică, tipic cațiva MHz și acest semnal este multiplicat în frecvență de o serie de multiplicatoare. S-a observat că o dată cu frecvența este multiplicat și nivelul deviației de frecvență.
Emițătoarele MF au structura prezentată în figura de mai jos. Aici semnalul modulator se aplică direct oscilatorului.

O dată generat semnalul MF, este aplicat la nivelul corect si multiplicat în frecvență până la frecvența dorită. Se pot folosi amplificatoare de clasă C, deoarece toată informația pentru modulație este conținută în modificările de frecvență. Nu ar trebui să aibă loc nici o variație de amplitudine. Etajele de filtrare sunt deosebit de importante pentru acest tip de emițător în care se generează un număr mare de armonice. Fiecare etaj ar trebui să aibă suficiente circuite de filtrare pentru a asigura menținerea la un nivel foarte redus a semnalelor parazite. Apoi, la ieșire, circuitele de filtrare si adaptare trebuie să asigure o adaptare bună cu sistemul de antenă, ca și suprimare înaintea emisiei a semnalelor nedorite.

4.GSM-R
4.1Generalități

GSM-R (GSM-RailWay) este o platformă de comunicații wireless dezvoltată în mod special pentru comunicații și aplicații pe calea ferată. Companiile Nortel și Siemens sunt principalii furnizori de infrastructură GSM-R.
GSM-R este rezultatul a peste 10 de ani de colaborare între diverse companii feroviare europene. Pentru a obține o interoperabilitate în întreaga Europa folosind o singură platformă de comunicații , standardul GSM-R combină toate funcțiile cheie și experiențele obținute în trecut din utilizarea a 35 de sisteme analogice de-a lungul Europei.
GSM-R este o platformă sigură pentru comunicații de voce și date între angajații companiilor de cale ferată : mecanici, dispeceri, membrii ai echipelor de manevră și controlori. Dispune de specificații avansate cum ar fi apeluri de grupuri , broadcast de voce , conexiuni bazate pe locație și apel în caz de urgență care îmbunătățesc semnificativ comunicarea , colaborarea și administrarea securității în cadrul personalului operațional.
GSM-R face parte din noul standard de sistem de management al traficului feroviar ( European Rail Traffic Management System- RTMS) și transportă informația de semnalizare direct către mecanicul de pe locomotivă , permițând viteze mai mari trenului și o densitate a traficului cu un nivel ridicat de siguranță.
Alegerea tehnologiei GSM , ca fundație a sistemului GSM-R, a contribuit la succesul acestui nou standard. GSM-R s-a dovedit a fi cea mai ieftină rețea de comunicații digitale wireless construită pe platforma unui operator de cale ferată. GSM-R oferă mai mult decât transmisii de voce și servicii de semnalizare. Aplicații noi, cum ar fi urmărirea încărcăturii , supraveghere video în trenuri și stații și servicii de informare a pasagerilor, folosesc tehnologia GSM-R.
Tehnologia GSM-R este în prezent implementată în 16 țări din toată lumea. Cu toate că specificațiile sistemului au fost finalizate în anul 2000 , GSM-R a fost deja selectat de 38 de țări , inclusiv toate țările membre ale Uniunii Europene, precum și un număr crescător de țări din Asia și nordul Africii.
Fiecare rețea naționala GSM-R poate fi bazată pe 1 sau mai multe rețele mobile GSM interconectate , fie în mod direct, fie în mod indirect, prin rețele fixe. Aceste rețele fizice trebuie conectate împreună astfel încât să formeze o singură rețea fizică. În plus, rețelele naționale GSM-R pot fi interconectate pentru a asigura un serviciu consistent de-a lungul mai multor țări.
Figura de mai jos arată cum elementele sistemului interacționează reciproc în cazul interoperabilității între 2 rețele naționale GSM-R separate ( țara A și țara B)

4.1.1.Rețeaua mobilă
Fiind o rețea radio orientată către transmisii de date, arhitectura GSM-R implică o extensie de date care se regăsește la conceptul GPRS . La nivelul infrastructurii , rețeaua GSM-R folosește transmisia datelor prin infrastructura proprie , radio sau cablată.
Rețeaua GSM-R este bazată pe GSM și cuprinde următoarele elemente: stație de transmisie radio ( BTS ) și stație de centralizare a sistemului ( BSC ) , echipamente mobile , module de indentificare a abonaților ( SIM ) , centru de operare și întreținere ( OMC ) , centru de management al rețelei mobile și platformă de plăți structurată într-o bază de date. SIM-urile conțin informații specifice fiecărui utilizator.

BTS ( Base Transmision Station ) – stație de transmisie radio , formată dintr-un ansamblu de transceivere radio și baterie de antene care deservesc o celulă;
BSC ( Base System Controller ) – stație de centralizare a unui sistem, format din subsistemele care alcătuiesc sistemul celular într-o zonă dată;
MSC ( Master System Controller ) – sistem de control general, având rolul de a controla rețeaua , asigurarea funcționării și a schimbului de date;
HLR ( Home Location Register ) – bază de date în care sunt stocați utilizatorii înregistrați proprii rețelei;
VLR (Visitor Location Register ) – bază de date în care sunt stocați utilizatorii pe măsură ce aceștia se deplasează dintr-un subsistem în altul (ansamblul de celule). De asemenea , VLR reține și utilizatorii care se află în rețea , însă nu aparțin acesteia ( utilizatori ai altor rețele care însă folosesc rețeaua în regim de roaming ) ;
NSS ( Network Sub-System ) – subsistem de rețea.
La acestea se poate adăuga Centrul de Autentificare ( AUC ) care se ocupă cu verificarea utilizatorilor și autorizarea acestora în rețea, în cazul în care aceștia sunt declarați valizi.
Din punct de vedere al organizării celulare, spre deosebire de arhitectura celulară clasică, care trebuie să acopere o suprafață geografică cât mai mare , sistemul GSM-R acoperă zona căii ferate și accesoriile laterale, însă nimic mai mult. Din acest motiv, rețeaua GSM-R este realizată cu celule nespecifice, adaptate pentru funcționarea în lungul căii ferate. Astfel, celulele se echipează cu antene directive, poziționate astfel încât să acopere lungul căii ferate. Din motive de optimizare a infrastructurii rețelei, fiecare subsistem ( BSS ) este realizat din doua celule, ale căror antene sunt orientate astfel încât să acopere o zonă de cale cât mai mare.
Frecvențele de emisie , respectiv recepție utilizate de rețeaua mobila GSM-R sunt în banda de 900MHz. În 1995 ETSI ( European Telecomunications Standard Institute ) a rezervat la nivel internațional cele 2 benzi de frecvență 876 – 880 MHz ( uplink ) și 921 – 925 MHz ( downlink ) pentru sistemele EIRENE ( European Integrated Railway Radio Enhanced Network ), care mai târziu a devenit banda GSM-R. Astfel a fost rezolvată problema traficului peste granițe. În figura de mai jos este reprezentată alocarea acestor frecvențe în banda de 900 MHz.

Unele rețele GSM – R conțin și un centru de servicii pentru mesaje scurte, interfațat la rețeaua GSM cu scopul de a suporta aplicații tip SMS.

4.1.2.Rețeaua fixă
Implementarea rețelei fixe depinde de cerințele fiecărei căi ferate și constă în rețele fixe private de cale ferată , rețele fixe publice sau o combinație a celor două. Indiferent de tipul de implementare ales, rețeaua fixă va conține următoarele elemente:

comutatoarele de rețea – acestea sunt necesare pentru dirijarea apelurilor prin rețea ;

elemente fixe de rețea ;

puncte terminale de rețea – acestea sunt locațiile unde echipamentele terminale por fi conectate la rețeaua fixă, unde rețelele fixe pot fi interconectate și unde sistemele de susținere specifice căii ferate pot fi conectate la rețeaua fixă ;

centrul de management – este necesar pentru configurarea rețelei , monitorizarea randamentului, managementul defecțiunilor etc. ;

Rețeaua fixă poate asigura conexiunile între rețeaua GSM și elementele de bază fixe ale căii ferate ( centre de control , stații etc ). Ulterior, poate asigura interfețele la semnalele de semnalizare și alte echipamente specifice de cale ferată pentru a sprijinii funcționalitatea întregului sistem de radiocomunicații. Fiecare cale ferată în parte este liberă să-și definească propria rețea fixă și tehnologia pe care este bazată.

4.1.3.Echipamentul terminal
Echipamentul terminal pentru un sistem integrat de radiotelecomunicații constă în următoarele elemente :

echipament mobil – element amplasat în cabina mecanicului. Acest echipament poate fi de sine stătător și asigură doar comunicații între mecanic și pământ sau în majoritatea cazurilor , cabina radio va fi conectată la alte sisteme integrate.

echipament fix – acesta constă în primul rând în consolele utilizate de controlori. În completare pot fi câteva alte terminale care sunt folosite de operatorii de tren sau echipele de întreținere.

4.1.4.Manangementul rețelei
Pentru a putea opera o rețea de comunicații , se impune prezența unui echipament suplimentar care să realizeze funcțiile de management ale rețelei. Echipamentul poate fi dedicat unei anumite părți a rețelei, sau întreaga rețea poate fi administrată de un singu sistem de management. Acesta depinde de modul în care rețeaua este proiectată și implementată.
Funcționalitatea de bază prezentată ar trebui sa urmeze modelul de distribuire al rețelei manageriale: defecțiuni, structură, profit, funcții de performanță și securitate ale managementului.
GSM-R este un sistem bazat pe GSM faza 2+. Companiile de cale ferată europene folosesc GSM-R într-o bandă de frecvență specială de 4 MHz care este localizată sub banda GSM900 extinsă, dar funcționează independent de frecvență. Măsuri speciale garantează performanțe la viteze de până la 500 km/h.
Sistemul oferă operatorilor pe cale ferată multe aplicații pentru comunicații de voce și date. Cele mai importante sunt :

servicii de prioritate ;

stații radio folosite în tren;

control automat al trenurilor;

informarea pasagerilor;

evidența și diagnosticarea trenurilor;

întreținerea căii ferate;

comunicații la operațiile de manevră;

comunicații pe plan extins;

4.2.Aplicații ale sistemului GSM-R , definite de EIRENE
Acest subset de cerințe comunicaționale a fost studiat și identificat de reprezentanți ai operatorilor europeni de cale ferată și evidențiază toate aplicațiile care permit comunicații mai ieftine pe calea ferată.

4.2.1.Cerințe pentru semnalizarea pe cale ferată
Control automat al trenului ( ATC )
Sistemele de control al trenurilor sunt orientate pe nivelul de semnalizare :

semnale optice;

semnale electromagnetice ( inductive );

semnale mecanice sau semnalizare și control al trenului prin cablu special folosit la calea ferată combinat cu balize radio pasive.
Aceste semnale au câteva restricții :

sunt instalații fixe de-a lungul căii ferate ;

fiecare sistem necesită cablare separată;

nu sunt operaționale internațional;

nu suportă trenuri cu viteze mai mare de 300 km/h;

costuri de achiziție și întreținere ridicate;

Sisteme de telecomandă
Aria aplicațiilor de telecomandă cuprinde aplicații diferite ,de la comandarea locomotivelor pentru manevre la operarea macaralelor. De aceea cerințele diferă în funcție de aplicații. Comunicațiile sunt aproape exclusiv între două puncte și acoperirea este necesară doar peste suprafețe relativ mici ( 1-2 km ) , în special în stații , triaje, depouri și doar pe perioada cât se desfășoară perioada. Cu toate acestea, calitatea acoperirii și disponibilitatea trebuie să fie mari. Interfețele folosite trebuie să asigure tracțiunea locomotivelor de manevră și controlul corect al dispozitivelor comandate.

4.2.2.Comunicații vocal operaționale
Comunicații între stația de control și mecanicul trenului
Principalul rol al transmisiunilor radio în tren este comunicarea între o stație de control și mecanicii trenului și viceversa.
Apeluri de urgență
Organizațiile de cale ferată necesită, pentru a ajunge în caz de urgență la toate trenurile , funcții dedicate în tren și alte funcții pe calea ferată într-o zonă delimitată. Acum apelurile de urgență vor fi efectuate ca un apel de broadcast ( radio ) printr-un sistem radio împărțit analog cu funcția "push to talk" pentru schimbarea vorbitului ( stație emisie recepție ) . Apelul este inițiat prin rețeaua GSM-R și poate fi ascultat și interceptat de orice terminal compatibil GSM-R.
Comunicațiile în timpul operațiilor de manevră
Echipajele de manevră folosesc acum sisteme radio analogice în banda de frecvență de 80 MHz și 450 MHz . Echipele sunt grupate în maximum 10 membri. Aceștia nu pot vorbi decât în grupul din care fac parte. Cu GSM-R se încearcă un nou standard , și anume ca fiecare să poată vorbi cu oricemembru al oricărui grup.
Terminalul OPS a fost conceput pentru a servi ca "terminal de manevre" . Este dedicat unor anumite funcții specifice căilor ferate, cum ar fi operația de manevră și este folosit în triaje pentru a asigura comunicarea între persoana care dirijează manevra și mecanicul locomotivei.

Modulul radio GSM-R este integrat în cabina radio de la bordul trenului și asigură legătura radio între tren și stațiile fixe.
Comunicații între mecanicii de locomotivă
La bordul trenului este nevoie de comunicare între mecanicul șef și ceilalți mecanici sau să se poată angaja într-o discuție ca parte terță. Acest lucru este posibil fie printr-o conectare directă prin GSM-R ca un apel multi-party, fie folosind rețeaua fixă de la bordul trenului.
Comunicații între personalul de întreținere
Până acum personalul de întreținere folosește telefoanele instalate pe calea ferată conectate prin cabluri. Acest lucru include un număr mare de terminale diferite care măresc numărul de operații și mentenanță.
De acum personalul de întreținere va folosi terminale GSM-R. Telefoanele instalate pe calea ferată vor fi bazate pe GSM-R și alimentate solar, astfel reducându-se costurile de instalare și întreținere. Ca o soluție de backup, și terminalele și telefoanele vor putea opera și în banda de frecvență GSM-R și banda publică GSM, dar aceste decizii țin de operatorul de cale ferată.
Comunicații pentru suport tehnic
La bordul trenului este sistemul de service al operațiilor care trebuie să aibă o legătură cu mecanicul șef și cu ceilalți mecanici. În plus, sistemul rețelei fixe de service și relații cu clienții trebuie să poată comunica cu mecanicul șef, cu ceilalți mecanici și cu service-ul operațiilor. Acest tip de comunicații este distribuit între GSM-R și sistemul de rețele fixe de la bordul trenului.

4.2.3.Comunicații de voce și date, locale și pe arii extinse(non-operaționale)
Comunicații locale în stații și depouri
Comunicațiile locale în stații și depouri au loc în mod normal prin rețele PABX (Private Automatic Branch eXchange/telephone exchange legată la PSTN – Public Service Telephone Network) de cale ferată. Pentru a mări funcționalitatea și zona de acoperire, aceste rețele PABX vor fi conectate direct sau de la depărtare, la GSM-R.

Comunicații pe suprafețe extinse (Wide Area)
Conectivitatea între stațiile de tren ale aceluiași operator de cale ferată va putea fi făcută prin GSM-R.
4.2.4.Servicii de comunicații pentru pasageri
Până acum un pasager nu putea primi nici un fel de informații sau ajutor din partea personalului trenului, dar în viitor vor putea fi accesate informații în timp real referitoare la parcursul trenului precum și al altor trenuri, ziare primite prin fax, internet local.

4.3.Sistemul GSM-R trebuie să asigure următoarele servicii
4.3.1.Servicii vocale
Serviciile telefonice vocale ce trebuie asigurate de rețea sunt:

apeluri vocale punct la punct – sistemul trebuie să asigure apeluri vocale punct la punct între orice doi utilizatori; astfel de apeluri trebuie să permită celor două părți să vorbească simultan;

apeluri vocale publice de urgență;

apeluri radio-difuzate – comunicație într-un singur sens, de la un utilizator către mai mulți, într-o zonă stabilită, ai cărei membri fac parte din același grup de apel; un singur membru poate face parte din mai multe grupuri de apel; zona locală în care se face apelul trebuie să poată fi modificată în cadrul rețelei (numai cel care face apelul poate vorbi, ceilalți pot doar asculta);

apeluri vocale de grup – compoziția grupului de apel trebuie să poată fi modificată în cadrul rețelei; un singur membru poate face parte din mai multe grupuri de apel; zona locală în care se face apelul trebuie să poată fi modificată în cadrul rețelei; este acceptabil ca numai un utilizator să vorbească la un anumit moment (trebuie să fie posibil ca un controlor să poată intrerupe un utilizator care vorbește și trebuie asigurat un mecanism prin care sistemul să arbitreze între acei utilizatori care doresc să vobească în cadrul apelului de grup);

apeluri vocale multi-party – în cadrul unui apel multi-party, utilizatorii pot vorbi în același timp.

4.3.2.Servicii de date
Rețeaua va asigura servicii de date pentru următoarele aplicații:

mesaje text – rețeaua trebuie să permită transmiterea de mesaje text de la utilizator la utilizator, precum și primirea la sol a unor mesaje transmise de pe mobil; primirea mesajelor nu trebuie să împiedice primirea sau transmitrea apelurilor vocale sau de date de mare prioritate;

aplicații de date generale – astfel de aplicații pot fi: informații referitoare la orar, aplicații de întreținere și diagnosticare, e-mail, accesul la baze de date îndepărtate; rețeaua trebuie să suporte rate de transfer al datelor de minim 2,4 Kbit/sec;

fax automat – faxul trebuie să poată fi întrerupt în cazul apariției unor apeluri de mare prioritate;

aplicații de control al trenului – comunicații de date pentru sisteme de control al trenului bazate pe transmisii, cum ar fi ERTMS/ETCS.

4.3.3.Servicii de apel
Rețeaua va asigura următoarele servicii de apel:

afișarea indentității celui care apelează și a celui apelat, în forma unui număr de telefon standard sau ca descriere-text a funcției lor;

restricția afișării identității celui care apelează și a celui apelat;

prioritate – rețeaua trebuie să ofere un mecanism prin care apelurile să primească un anumit nivel de prioritate, iar apelurile cu prioritate mai mare să poată trece peste apelurile curente, cu prioritate mai mică;

grup de utilizatori limitat;

transmiterea mai departe a unui apel – un apel sau un mesaj de date primit de un utilizator poate fi transmis mai departe unui alt utilizator; în cazul unui apel vocal, cel care transmite mai departe apelul poate să discute înainte cu cel căruia i-l transmite;

reținerea unui apel(funcția "hold");

apel în așteptare – rețeaua trebuie să permită anunțarea unui utilizator care este deja implicat într-un apel, ca alt utilizator încearcă să îl contacteze;

interdicții de apelare (funcția "barring") – trebuie să poată să se interzică: emiterea de apeluri către o altă rețea (fixă sau mobilă), anumite tipuri de numere, din cadrul sau din afara rețelei, anumite numere de telefon predefinite; primirea de apeluri de la alte rețele, anumite numere de telefon din cadrul sau din afara rețelei, anumite numere de telefon predefinite.

4.4.Tipuri de echipamente radio
În funcție de rolul și mediul în care acționeză, se definesc trei tipuri de echipamente radio distincte:

echipamentul radio de cabină (montat la bordul locomotivelor) – este utilizat de mecanicul trenului sau de alte echipamente de la bord, de exemplu ERTMS/ETCS;

echipamentul radio de uz general – este utilizat de personalul feroviar;

echipamentul radio operațional – este utilizat de personalul feroviar implicat în operațiuni de întreținere și manevrare a materialului rulant și întreținerea a infrastructurii.

Fiecare dintrecelei trei tipuri de echipamente radio trebuie să asigure următoarele servicii telefonice:

M – condiție obligatorie
O – condiție opțională

Fiecare dintre aceste tipuri de echipamente radio trebuie să asigure următoarele servicii de date:

Fiecare dintre aceste tipuri de echipamente radio trebuie să asigure următoarele servicii de apel auxiliare:

Fiecare dintre aceste tipuri de echipamente radio trebuie să asigure următoarele servicii specific feroviare:

4.5.Funcții ale echipamentelor radio
Echipamentul radio de cabină trebuie să asigure următoarele funcții:

Funcții de apel ale mecanicului :

apelarea controlorului- are prioritate de operațiune feroviară;

apelarea altor mecanici din zonă – un mecanic poate iniția sau participa la apeluri vocale de grup dintr-o zonă predefinită; are prioritate de operațiune feroviară;

trimiterea de apeluri de urgență feroviară;

comunicarea cu alți mecanici din același tren – în cazul tracțiunii multiple; are prioritate de operațiune feroviară;

apelarea personalului trenului- prin apel vocal punct la punct;

apelarea altor utilizatori autorizați;

primirea de apeluri vocale;

încheierea apelului;

primirea de mesaje text;

intrarea / ieșirea în /din modul manevră;

intrarea/ ieșirea în/ din modul direct;

urmărirea apelurilor cu alți utilizatori sau dispozitive din tren ;

transferul apelurilor sau anularea transferului.

Alte funcții al echipamentului radio de cabină:

conectarea automată a apelurilor primite la utilizatorii sau dispozitivele de la bordul trenului;

stabilirea automată a apelurilor efectuate de utilizatori sau dispozitive de la bordul trenului;

tratarea automată a apelurilor de diverse nivele de prioritate;

transmiterea indicației de apel de urgență feroviară către "înregistratorul de la bord";

diagnosticarea în timpul rulării.

Echipamentul radio de uz general trebuie să asigure următoarele funcții :

apelarea utilizatorilor autorizați ( inclusiv a controlorilor);

trimiterea de apeluri de urgență feroviară;

recepționarea apelurilor de urgență feroviară;

primirea de apeluri vocale;

apeluri de grup și radio-difuzate;

închiderea apelurilor.

Echipamentul ardio operațional trebuie să asigure următoarele funcții:

apelarea utilizatorilor autorizați;

apelarea controlorului;

trimiterea de apeluri de urgență feroviară;

recepționarea apelurilor de urgență feroviară;

primirea de apeluri vocale;

apeluri de grup și radio-difuzate;

închiderea apelurilor;

comunicații în mod manevră;

intrarea/ ieșirea în/ din modul direct;

4.6.Beneficiile sistemului GSM-R

baza mondială pentru un sistem viitor de comunicații feroviare;

integrarea tuturor serviciilor feroviare existente într-o singură rețea duce la simplificarea sistemelor, costurilor mai mici și minimizarea eforturilor de integrare a sistemelor;

baza este rețeaua GSM a cărei operabilitate este demonstrată în toată lumea;

fiabilitate și disponibilitate ridicată, transmisii de calitate pentru trenuri de viteză;

costuri scăzute pentru implementare și operare.