В 2012 году перед МТС встала нетривиальная задача: обеспечить питерскую подземку мобильной связью. В дальнейшем этот проект стал одним из самых масштабных в моей карьере. Было важно выбрать оборудование, которое прослужит лет 20–30, смонтировать его, запустить, а также подстроиться по времени выполнения работ в тот небольшой интервал, когда метро закрыто.
Меня зовут Сергей Бородин, я эксперт в отделе развития сети МТС в Санкт-Петербурге. Занимаюсь планированием, реализацией и технической поддержкой систем, обеспечивающих работу мобильной связи внутри зданий и сооружений. Это торговые комплексы, бизнес-центры, аэропорты, стадионы. Итак, под катом — немного фото и мой рассказ, зачем нужна связь в тоннелях и как я накрутил по синей и оранжевой веткам метро 500 километров пешком.
С чего все начиналось
Сотовая связь в питерском метро появилась в далеком 2002 году, а через три года наша сеть 2G была уже на платформах и эскалаторах всех действующих станций. Но в самих тоннелях связь появилась лишь в 2012 году и только от одного оператора. И это был не МТС.
Активная работа инженеров МТС в 2014 году позволила первыми покрыть все станции новым стандартом LTE. Но оставался вопрос с тоннелями. В 2015 году мы пробовали подключиться в имеющуюся тоннельную сеть, но из пяти тестовых включений по разным схемам успешным стало только одно. Нам такой вариант категорически не подходил.
Важным направлением развития сети в то время было создание бесшовного покрытия, чтобы человек, разговаривая по телефону, мог зайти в метро на одном конце города, выйти на противопо��ожном, а связь при этом не прерывалась. В 2016 году мы приступили к обсуждению проекта создания сети в тоннелях метро.
Как обеспечить качественную и общедоступную мобильную связь под землей
Монтаж оборудования и прокладка кабелей в тоннелях — трудоемкий и длительный процесс с участием большого количества специалистов и множеством согласований. Одно из ключевых требований в подобных задачах — долговечность. Так, оборудование на пересадочных станциях мы начинаем модернизировать только сейчас, спустя более чем 20 лет.
При отсутствии солнечного света и внешних воздействий кабели могут работать практически вечно. С передатчиками сигнала ситуация иная. Основная проблема — в часах наработки на отказ и способе охлаждения. Мы выбрали надежное оборудование с активным охлаждением вентиляторами. Это один из узких моментов при выборе, так как в метро много пыли.
Сложностей при реализации проекта добавляли множественные ограничения, связанные с особенностями метро:
в аппаратных на станциях было мало свободного места;
отсутствовало подходящее для нас электропитание в тоннелях;
ограничение возможностей охлаждения оборудования;
высокий риск интермодуляции на внутреннюю радиосеть метро — при возникновении наводок на нее мы будем вынуждены сразу же отключить свое оборудование и заняться устранением проблемы, так как безопасность пассажиров — неоспоримый приоритет метрополитена;
отсутствие собственных оптических кабелей нужной емкости;
метрополитен требовал от нас возможности подключения всех городских мобильных операторов к новой сети, она должна была стать единой.
Есть несколько вариантов реализации подобных проектов.
Фемтосоты
При этой технологии небольшая базовая станция ставится в каждый вагон. Так можно быстро и дешево запустить связь, но этот способ не рассчитан на работу с большим количеством абонентов на высоких скоростях передачи данных. Плюс такое решение сложно поддерживать.
На тот момент у нас только начиналось внедрение фемтосот стандарта LTE. Мы могли поставить в метро UMTS и взять какой-то один диапазон LTE. Но в этом случае при любом обновлении стандарта или расширении емкости пришлось бы в каждый вагон добавлять новую железку. Это трудоемко, хотя и относительно дешево.
Пассивная распределенная антенная система (PDAS — Passive Distributed Antenna System)
Такая система дороже и сложнее фемтосот, к тому же ей требуется дополнительное электропитание. PDAS предполагает размещение в тоннелях большого количества передатчиков всех городских операторов, которые подают свою мощность в источник излучения: антенны или излучающий кабель.
Активная распределенная антенная система (ADAS — Active Distributed Antenna System)
Это самый гибкий и емкий вариант. Его удобно и целесообразно применять, когда на больших объектах работает более двух сотовых операторов. Прокладывание сетей оптических и радиокабелей, размещение радиоблоков и оборудования осуществляется всего один раз, а не умножается на количество операторов.
Подключиться к уже готовой системе можно всего за несколько дней в одном месте, например, в помещении аппаратной — связь этого оператора сразу же появится во всех зданиях, охваченных ADAS. Гибкость же заключается в том, что каждый оператор может быстро изменить емкость на объекте без сложных дополнительных работ.
ADAS предназначен для передачи радиосигнала базовой станции на большие расстояния и площади покрытия: он подается в оборудование ADAS, оцифровывается, переводится в оптический спектр и передается по волоконно-оптическому кабелю. Другой блок ADAS принимает его, проводит обратное преобразование и передает радиосигнал через антенны в здания или любое другое пространство с находящимися там пользователями.
Хорошим примером такой системы является конгрессно-выставочный центр «Экспофорум» в Санкт-Петербурге, состоящий из множества зданий под выставки, гостиницы и рестораны, связь в котором, кстати, для всех операторов обеспечивает МТС:
Итоговое решение
При разработке проекта в 2016 году мы изучали опыт других городов и стран:
В Москве использовалась ADAS с центральной аппаратной в депо метрополитена, излучающий кабель, передатчики на станциях и фемтосоты в вагонах.
В Минске — излучающий кабель и передатчики в вентиляционных шахтах. К тому моменту там проложили тестовый участок из двух перегонов на излучающем кабеле. Я посетил Минское метро, чтобы посмотреть, как у них все организовано.
В Дубае — ADAS, расположенный на станциях и многочисленных переходах, примыкающих к ним.
В Риме в тоннелях были установлены обычные антенны базовых станций.
В Готардском базисном тоннеле (самый длинный в мире железнодорожный тоннель, расположенный в Швейцарии под Альпами) связь обеспечивается при помощи излучающего кабеля и нескольких систем ADAS.
В итоге мы остановились на активной системе ADAS — другого пути у нас не было. Решили расположить основное ADAS-оборудование и базовые станции вне подземных коммуникаций. В этом случае нам не нужно просить большую мощность электропитания у метрополитена — мы могли ее взять из своего офисного здания. Это снижает стоимость строительства, эксплуатации и дает больше возможностей для расширения в будущем:
Бывают относительно простые варианты ADAS — с аналоговой обработкой и переводом радиосигнала в оптический спектр. Но мы взяли ADAS с полностью цифровой обработкой сигнала. На момент реализации проекта это было самое современное оборудование, которое использовалось только в нескольких метрополитенах мира.
Условие не мешать служебной сети метро тоже накладывало ограничения. Например, мы понимали, что на кабельных разъемах старого типа 7/16, которые обычно использовались до этого, строить систему не сможем. Поэтому сразу закладывали современный разъем 4,3-10, который снижает вероятность паразитного излучения на соседние частоты.
Излучающий кабель
В длинных и достаточно узких тоннелях нельзя использовать привычные направленные антенны. Вместо них хорошо подходят излучающие кабели, которые дают сигнал по всей длине. Они бывают двух основных типов: с равномерным затуханием сигнала и с меняющимися характеристиками излучения в зависимости от длины кабеля (vario).
В первом случае — чем дальше от передатчика, тем слабее будет сигнал. У vario с удалением от передатчика коэффициент передачи сигнала вовне растет. В результате по всей длине можно добиться одинакового уровня распространения сигнала. Vario дороже, требует досконального соблюдения технологии укладки, и под каждый перегон отрезки кабели определенной длины заказываются у производителя.
При монтаже vario нужно заранее рассчитать, откуда и куда он пойдет. А мы не знали, из какого конца тоннеля нам подвезут катушку с кабелем, и в каком направлении — от или, наоборот, к станции — мы будем работать.
Vario в таких условиях мы использовать не могли и остановились на первом варианте — кабеле с равномерным затуханием сигнала.
Прокладка кабелей в метро — это…
Не только романтика, а еще:
Работа огромного числа людей
Когда впервые спускаешься на станцию после ее закрытия, удивляешься, сколько человек пришло сюда вместе с тобой, и все это для того, чтобы утром метро опять заработало на благо города. Моют полы, стены, скамейки, где-то что-то подкрашивают, устанавливают новое, меняют лампочки. Проезжают поезда с длинными рельсами — оказывается, их тоже надо обновлять.
В нашей компании над этим проектом трудилось много специалистов разных направлений: отделы планирования, радиоизмерений, эксплуатации, закупок, складской логистики, транспорта. И конечно же, компании-подрядчики. Одни находили и привозили из разных городов оборудование и материалы, занимались строительными и пусконаладочными работами под землей. Другие тянули оптический кабель в телефонной канализации, монтировали оборудование в сайт-отеле, изготавливали металлические конструкции для установки оборудования. Это более 100 человек, одномоментно ежедневно участвовавших в процессе на своих направлениях. Уверен, что теперь каждый с гордостью пользуется мобильным телефоном во время поездок в метро. Всех не перечислить, но всем отдельное спасибо за выполненную работу.
Тяжелый физический труд
Чтобы избежать интермодуляций и иных проблем, связанных с совместным размещением сетей, требовалось тщательное соблюдение технологии укладки кабеля, поэтому мы дополнительно контролировали подрядчика — ходили в тоннель и смотрели за работой монтажников. Кабель нельзя раскатать просто так, он достаточно мягкий, несмотря на то, что кажется грубым и толстым. В результате почти полтора года я постоянно по ночам находился в тоннеле.
Забавно, что из-за удаленной работы в период пандемии многие мои коллеги набрали вес, а я, наоборот, похудел, пройдя около 500 км тоннелей:
Самое сложное — это идти по шпалам. Между ними не очень удобное для ходьбы расстояние, и первое время спотыкаешься, но постепенно привыкаешь и можешь передвигаться по рельсам едва ли не с закрытыми глазами.
Также мы часто возвращались на поверхность пешком — добрые сотрудники метро далеко не всегда включали для нас эскалаторы, которые по ночам проходят проверки и обслуживание.
Жесткие планирования и согласования
Реализация проекта частично пришлась на пандемию, но несмотря на то, что метро для пассажиров стало закрываться раньше, расписание ночных работ осталось прежним. Днем можно было что-то делать только в аппаратной. В тоннель попадали после часа ночи, с отключением токонесущего рельса, а уже в 5:45 поезда снова начинали движение.
На работу у нас оставалось меньше четырех часов. В этот период нужно было дождаться мотовоза с оборудованием и учесть его отъезд обратно в депо.
Доставка шла из одного депо: работы велись сразу на нескольких ветках, а время приезда мотовоза зависело от удаленности участка. На дальнем конце оранжевой ветки на раскатку и крепление у нас оставалось не более 40 минут.
Ограничения по габаритам оборудования
Чтобы уменьшить вероятность паразитной интермодуляции, нужно минимизировать количество стыков кабеля, и нам удалось это сделать, подобрав длины и начальные места его укладки между оборудованием.
Да, на заводе могут нарезать кабель практически любой длины, но в метро мы ограничены габаритами тоннеля. Толщина кабеля — около 5 см, поэтому максимальная длина на барабане, который мог влезть на мотовоз, — 550 метров.
Итоги пятилетки
Это была большая и трудная физически и морально работа — пять лет бессонных ночей. Но результаты того стоят:
Сотовые операторы города подхватили эстафету и, получив наработки МТС, взялись за работы на непокрытых связью линиях метрополитена. В итоге проделанная работа дала людям практически бесшовную связь при передвижении по городу.
Теперь покрытие МТС есть во всем петербургском метро. Пассажиры могут пользоваться интернетом и связью все время, пока находятся в пути. С того момента как в тоннелях полностью запустилась мобильная связь МТС, мы наблюдали постепенный равномерный прирост активных пользователей:
Рост количества абонентов в Санкт-Петербурге и Ленинградской области. Видно, что со стартом проекта начался рост Начало увеличиваться потребление мобильного интернета. В среднем — плюс 30 минут на человека, передвигающегося на метро.
Опыт, который можно применять в сложных условиях. Например, идею с излучающим кабелем реализовали на станции «Восток» в Антарктиде.
На этом у меня все, надеюсь, что вам было интересно. В следующих материалах я расскажу несколько пугающих смешных историй, которые случились со мной, и развею мифы про работу в тоннелях метро.