Tunneltågsradio


Spårvägen provade i juni 1960 radiokommunikation i tunnelbanan på sträcka Fridhemsplan-S:t Eriksplan. Provverksamheten låg sedan till grund för vidare beslut att 1966 anskaffa ett kommunikationsradiosystem för tunnelbanan. Bilden visar tunnelsnittet Hornstull-Liljeholmen. Foto: Spårvägsmuseet.

Historik
Det första praktiska försöket med radiokommunikation i järnvägstunnlar, utfördes så tidigt som 1924 i Pennsylvania Railroad Tunnel under Hudson River i New York. Tunneln, som består av två separata tunnelrör, c:a 4  km långa. Tunneln öppnades ursprungligen 1908 efter många års mödosamma byggnadsarbeten. Testen gick ut på att avgöra hur pass mycket radiosignaler från en yttre placerad sändare kunde tränga ned i tunneln, där en mottagare ställdes upp. 1956 utfördes även ett, i större skala, liknande experiment av Bell Telephone Laboratories i samma tunnel. Sammantaget kan sägas att framför allt det första provet inte föll väl ut. Räckvidden var väldigt kort, och den upprättade radioförbindelsen hade inget praktiskt värde. Det senare mer omfattande proven finns beskrivet i Bell Laboratories Record, volym 19, år 1957, nummer 2. Tyvärr är det tillgängliga pdf-dokumentet på nätet ofullständigt, då flera sidor saknas…

Källa: Bell Laboratories Records XXXV-2-1957

Den första testen utfördes med olika typer av fysiska antenner som med olika montagesätt riktades in i tunneln. En basstationssändare (VHF, 160 MHz) anslöts via en koaxialkabel till antennerna. Under det optimalaste av förutsättningar, nådde man knappt 500 meter. En negativ erfarenhet var också att tågfordon i tunneln kapital försämrade täckningen, jämfört med en tom tunnel. Testerna följdes sedan av ett mer utvecklat antennarrangemang. Via en 900 meter lång coaxialkabel upphängd längs tunnelväggen, anslöts mot vågledaren, små 1/8 våglängds antenner (c:a 25 cm cm) var 150’e meter, och dubbelt så tätt efter 2/3 av kabellängden. Empiriska tester gav vid handen att det faktiskt var möjligt att inte ens ha några antenner anslutna längs koaxialkabelns första 600 meter, och att antennerna endast gjorde viss nytta på kabelns sista 300 meter, där det var placerade var 75 meter. Med detta arrangemang lyckades man upprätta funktionella radioförbindelser på den knappa 1000-meters tunnelsträcka, som det önskvärda målet var. Koaxialkabeln som användes i testerna var inte traditionellt uppbyggd med en solid kopparskärm över vågledaren, utan istället av en koppartrådsväv. Detta innebar att kabeln inte var optiskt tät (det gick att se igenom kopparväven). Detta innebar i praktiken att koaxialkabeln ”läckte” radioenergi. Den koaxialkabel som testades var en tunn modell. En tjockare kabel skulle säkerligen fungera ännu bättre med detta arrangemang, men en kostnads- nytta kalkyl, visade på att det inte var lönsamt att gå vidare med det – förvisso lyckade, koaxialkabel/antenn lösningen. I vart fall inte för en så pass lång tunnel som Pennsylvania Railroad Tunneln var. Emellertid gick man gick vidare med med en annan teknisk lösning som teoretiskt hade utretts. En två-tråds balanserad antennkabel utan skärm, utförd som en bandkabel där trådarna inbördes avstånd är c:a 8,5 mm. Bandantennkabelantennen ”twin-lead radio cable” monterades 10 cm från tunnelväggen och c:a 4 meter ovan rälsen. En testinstallation gjordes på 300 meter, och utförda tester påvisade att det var fullt möjligt – med det förutsatta radiotekniska parametrarna, att teoretiskt klara av upp till en 1 800 meter lång dubbelmatad kabelsektion. Det är lätt att inse att Spårvägen antagligen tog fasta på innehållet i artikeln.


T-Centralen | Källa: Tunneltågsradio Teknisk orientering

Tunnelantennen
Vågutbredning i tunnlar, skiljer sig väsentligt mot vågutbredning ovan jord. På grund av ständiga reflektioner, absorberas radioenergin av tunnelväggarna. Detta ger en mycket hög sträckdämpning – jämfört med ovan jord, mellan en sändare och en mottagare. Det frekvensområde SL valde var 160 MHz, och alla länkbudgetberäkningar utgick således därifrån. Genom det försök som gjorts så framkom att sträckdämpningen i en rak tunnel ökar med 40 dB/100 meter, jämfört jämförande sträckdämpning – i frirum, ovan jord. För att kunna erhålla acceptabla räckvidder i tunnlar, hade en speciell antennlösning tagits fram. Detta genom experiment både i USA och i Europa, som förordade en tunnelantenn i form av en balanserad transmissionslinje ”twin-lead radio cable”. Kabeln hade en sträckdämpning på 2 dB/100 meter.

Antennkabel monterades ungefär tre meter över spåret, ovanpå tunnelns ordinarie kabelkonsol, och 10 cm fritt mot tunnelväggen. Längs stationer monterades antennkabeln ofta på en trälist i tak eller på vägg, för att erhålla en distans mot underliggande betong. Syns tydligt på bilden från T-Centralen, där antenninstallationen syns i taket till vänster om raden av belysningsarmaturer.

Den antennkabel SS/SL valde, var en kraftig bandkabel med beteckningen RG-86/U. Kabeln bestod av två parallella fåtrådiga 2,5 kvadrats kopparledare. För att ansluta antennkabeln mot basstationen var man också tvungen att använda en speciellt framtagen impedansomvandlare (anpassningstransformator). Anledning av att bandkabelns impedans var 200 ohm, jämfört med en vanlig coaxialkabel för radiobruk, som normalt har en impedans på 50 ohm. Med denna kabeln och med föreskrivet montagesätt, uppnåddes en räckvidd på ungefär 1 km per basstation.


Införandet på SL
Spårvägen hade sedan införandet av Fordonsradiosystemet för busstrafiken 1963, ett tätt samarbete med den danska radiotillverkaren Storno. Tyvärr är stora delar av arkiven från den tidpunkten förskingrade, men i några dokument som finns kvar kan man utläsa att under mitten av 60-talet arbetades det fram en teknisk helhetslösning för det kommande tunneltågsradion. Som provsträcka valdes den c:a 2 km långa enkelspåriga bergtunneln från Liljeholmen – Aspudden – Örnsberg. Sommaren 1966 utfördes omfattande tekniska prov av antenner, räckvidder och prestanda samt montage. Den provsträcka mellan Fridhemsplan och S:t Eriksplan som några år tidigare hade installerats, återanvändes i viss mån för att göra jämförande mätningar. Provresultaten låg till grund för beslut av systemlösning, i upphandlingen av det första radiosystemet för tunnelbanan. Proven på SL och SS beskrivs väl i en artikel i tidningen Radio & Television nr 11 1968,  Radiokommunikation i tunnelbanor. Artikeln inleds med syftet till det radiosystem som anskaffades.

”SL som under högsäsong befordrar i medeltal 650 000 passagerare per dag med 75 tunnelbanetåg på sammanlagt 63 km räls varav 23 km i tunnel, invigde nyligen sitt nya kommunikationssystem för tunneltrafik. Kommunikation mellan tunneltågen har nödvändiggjort av att trafikledningen p g a den ökade trafikintensiteten måste kunna stå i direkt kontakt med tågen för att b l a rapportera ändrade tågvägar och tider, jämte allt annan aktuell information. Dessutom är det av stor vikt att tågföraren direkt kan rapportera om ban- eller tågfel samt ordningsstörningar och olyckor.”

Leveransavtalet- värt 3 miljoner kronor (29 miljoner i dagens penningvärde),  skrevs med Storno i slutet av 1966, och redan i början av 1967 installerades basstationer och antenner samt central- och manöverutrustning på Tunnelcentralen i Gamla stan. Efter drygt ett år, den 1 juli 1968 tas det nya systemet med två radiokanaler i fullt bruk. Systemet bestod av två basstationer ovan jord, ytsändarna på Skattehuset och ytmottagarna i Mälarhöjden. Under jord installerades 45 basstationer. 345 mobilstationer anskaffades och i 564 tunneltågsfordon (förarhytter) installerades manöver- och antennutrustningar.  En gemensam central- och manöverutrustning på Tunnelcentralen. SL gav ut en systembeskrivning på både svenska och engelska i form av en grön bok i stående A4-format.


SL:s systemöversikt av tunneltågsradion
Från 1668 är denna förenklade systemöversikt över SL:s tunneltågsradiosystem.

Källa: AB Storstockholms Lokaltrafik

Radiosystemet för Tunnelbanan var i drift ända fram till mitten av 1990-talet. Då hade SL upphandlat ett nytt datorbaserat trunkat radiosystem, SmartZone från Motorola.