GSM-R
GSM-R , Global System for Mobile Communications – Railway eller GSM-Railway är en internationell trådlös kommunikationsstandard för järnvägskommunikation och applikationer.
Ett delsystem av European Rail Traffic Management System (ERTMS), det används för kommunikation mellan tåg- och järnvägskontrollcentraler. Systemet är baserat på GSM- och EIRENE – MORANE- specifikationer som garanterar prestanda i hastigheter upp till 500 km/h (310 mph), utan kommunikationsförlust.
GSM-R kan ersättas av LTE-R, med den första produktionsimplementeringen i Sydkorea. LTE anses dock allmänt vara ett " 4G "-protokoll, och UIC :s program för framtida järnvägsmobilkommunikationssystem (FRMCS) överväger att gå över till något " 5G "-baserat (särskilt 3GPP R15/16), och hoppar därmed över två tekniska generationer.
Historia
GSM-R bygger på GSM- teknik och drar nytta av stordriftsfördelarna med sitt arv från GSM-teknik, i syfte att vara en kostnadseffektiv digital ersättning för befintliga inkompatibla in-track kabel- och analoga järnvägsradionät. Över 35 olika sådana system rapporteras finnas bara i Europa.
Standarden är resultatet av över tio års samarbete mellan de olika europeiska järnvägsbolagen, med målet att uppnå interoperabilitet med en enda kommunikationsplattform. GSM-R är en del av European Rail Traffic Management System (ERTMS) och för signalinformationen direkt till lokföraren, vilket möjliggör högre tåghastigheter och trafiktäthet med en hög säkerhetsnivå.
Specifikationerna slutfördes 2000, baserade på det EU- finansierade MORANE-projektet (Mobile Radio for Railways Networks in Europe). Specifikationen underhålls av International Union of Railways -projektet ERTMS. GSM-R har valts ut av 38 länder över hela världen, inklusive alla EU-medlemsstater och länder i Asien, Eurasien och norra Afrika.
GSM-R är en säker plattform för röst- och datakommunikation mellan järnvägsoperativ personal, inklusive förare, trafikledare, växlingsteammedlemmar, tågingenjörer och stationskontrollanter. Den levererar funktioner som gruppsamtal ( VGCS ), röstsändning (VBS), platsbaserade anslutningar och samtalsföreträde i händelse av en nödsituation. Detta stöder applikationer som lastspårning, videoövervakning i tåg och på stationer samt passagerarinformationstjänster.
GSM-R implementeras vanligtvis med hjälp av dedikerade basstationsmaster nära järnvägen, med tunneltäckning utförd med hjälp av riktade antenner eller " läckande" mataröverföring . Avståndet mellan basstationerna är 7–15 km (4,3–9,3 mi). Detta skapar en hög grad av redundans och högre tillgänglighet och tillförlitlighet. I Tyskland, Italien och Frankrike har GSM-R-nätverket mellan 3 000 och 4 000 basstationer . I områden där det europeiska tågkontrollsystemet (ETCS) nivå 2 eller 3 används, upprätthåller tåget en kretskoplad digital modemanslutning till tågledningscentralen hela tiden. Detta modem fungerar med högre prioritet än vanliga användare (eMLPP). Om modemanslutningen bryts stannar tåget automatiskt.
Övre systemet
GSM-R är en del av ERTMS (European Rail Traffic Management System) som består av:
- ETCS (European Train Control System)
- GSM-R
- ETML (European Traffic Management Layer)
- EOR (European Operating Rules)
Frekvensband
GSM-R är standardiserad för att implementeras i antingen E-GSM (900 MHz-GSM) eller DCS 1800 (1 800 MHz-GSM) frekvensband som båda används över hela världen.
Europa
Europa inkluderar CEPT- medlemsstaterna, som inkluderar alla EU- medlemmar och Albanien, Andorra, Azerbajdzjan, Bosnien-Hercegovina, Georgien, Island, Liechtenstein, Nordmakedonien, Moldavien, Monaco, Montenegro, Norge, San Marino, Serbien, Schweiz, Turkiet, Ukraina, Storbritannien och Vatikanstaten.
Även om tidigare medlemmar i CEPT, Vitryssland och Ryssland fick sina medlemskap inställda på obestämd tid med verkan från kl. 00:00 (CET), 18 mars 2022. CEPT-församlingen fattade detta beslut efter en omröstning av medlemmarna av CEPT:s ordförandeskap och publicerade sina beslut den 17 mars 2022.)
GSM-R använder ett specifikt frekvensband , som kan hänvisas till som "standard" GSM-R-bandet:
- Upplänk: 876–880 MHz används för dataöverföring
- Nedlänk: 921–925 MHz används för datamottagning
I Tyskland utökades detta band med ytterligare kanaler i intervallet 873–876 MHz och 918–921 MHz. För att tidigare ha använts för regionala trunkade radiosystem är den fulla användningen av de nya frekvenserna inriktad på 2015.
Kina
GSM-R upptar ett brett intervall på 4 MHz av E-GSM-bandet (900 MHz-GSM).
- Upplänk: 885–889 MHz
- Nedlänk: 930–934 MHz
Indien
GSM-R upptar ett brett intervall på 1,6 MHz av P-GSM-bandet (900 MHz-GSM) som innehas av Indian Railways :
- Upplänk: 907,8–909,4 MHz
- Nedlänk: 952,8–954,4 MHz
Australien
GSM-R implementeras inom DCS 1800-bandet
- Upplänk: 1 770–1 785 MHz
- Nedlänk: 1 865–1 880 MHz
DCS 1800-bandet delades initialt upp och auktionerades ut i parade paket vardera på 2 × 2,5 MHz med duplexavstånd på 95 MHz. Statliga järnvägsoperatörer förvärvade sex mestadels icke-grupperade paket som täcker 2 × 15 MHz spektrum för att distribuera GSM-R.
Statliga järnvägsoperatörer återlicensierade 2 x 10 MHz av 1800 MHz-spektrum i Adelaide, Brisbane, Melbourne, Perth och Sydney för järnvägssäkerhet och kontrollkommunikation. Alla förutom South Australian Department of Planning Transport and Infrastructure (Adelaide) har återlicensierat 2 x 5 MHz av 1800 MHz-spektrum till kommersiella priser fastställda av den australiensiska regeringen.
Teknisk frekvensanvändning i GSM-R
Den använda moduleringen är GMSK- modulering (Gaussian Minimum-Shift Keying). GSM-R är ett TDMA ("Time-Division Multiple Access")-system. Dataöverföring görs av periodiska TDMA-ramar (med en period på 4,615 ms), för varje bärvågsfrekvens (fysisk kanal). Varje TDMA-ram är uppdelad i 8 tidsluckor, benämnda logiska kanaler (577 µs långa, varje tidslucka), som bär 148 bitar av information.
Det finns oro för att LTE- mobilkommunikation ska störa GSM-R, eftersom den har fått ett frekvensband ganska nära GSM-R. Detta kan orsaka ETCS-störningar, slumpmässig nödbromsning på grund av förlorad kommunikation etc.
Som ett resultat finns det en ökande trend mot att övervaka och hantera GSM-R-störningar med hjälp av aktiva och automatiserade tester ombord på tåg och mark.
Aktuell GSM-R-version
GSM-R standardspecifikationen är uppdelad i två EIRENE-specifikationer:
- Funktionskravsspecifikation (FRS): definitionen av högre spakfunktionskrav
- System Requirement Specification (SRS): definitionen av de tekniska lösningar som stöder funktionskraven
EIRENE definierar "Teknisk specifikation för driftskompatibilitet" (TSI) som en uppsättning obligatoriska specifikationer som ska uppfyllas för att bibehålla kompatibiliteten med andra europeiska nätverk. nuvarande TSD är FRS 7 och SRS 15. EIRENE definierar också icke-obligatoriska specifikationer, som kallas "Interim version", som definierar extra funktioner som sannolikt kommer att bli obligatoriska i nästa TSD. De nuvarande versionerna är 21 december 2015 versioner FRS 8.0.0 och SRS 16.0.0. GSM-R-specifikationerna är ganska stabila; den senaste obligatoriska uppgraderingen var 2006. Den fullständiga tidslinjen för GSM-R-versioner är:
- December 2000: FRS 5/SRS 13, första versionen som installerades allmänt
- Oktober 2003: FRS 6/SRS 14
- Maj 2006: FRS 7/SRS 15, aktuell TSD
- Juni 2010: FRS7.1/SRS 15.1, aktuell interimsversion; de viktigaste tilläggsfunktionerna över TSD är växlingsradio och radio med endast ETCS-data
Den nuvarande versionen av GSM-R kan köras på både R99 och R4 3GPP-nätverk.
GSM-R använder
GSM-R tillåter nya tjänster och applikationer för mobil kommunikation inom flera domäner:
- överföring av meddelanden om Long Line Public Address (LLPA) till fjärrstationer längs linjen
- kontroll och skydd (Automatic Train Control/ ETCS ) och ERTMS
- kommunikation mellan lokförare och regleringscentral
- kommunikation mellan arbetande personer ombord
- informationssändning för ETCS
- kommunikation mellan tågstationer, klassificeringsgård och järnvägsspår
Huvudsaklig användning
Den används för att överföra data mellan tåg och järnvägsregleringscentraler med nivå 2 och 3 av ETCS. När tåget passerar över en Eurobalise sänder det sin nya position och dess hastighet, sedan får det tillbaka godkännande (eller oenighet) om att gå in på nästa spår och dess nya maxhastighet. Dessutom blir markbaserade signaler överflödiga.
Andra användningsområden
Liksom andra GSM- enheter kan GSM-R-utrustning överföra data och röst. Nya GSM-R-funktioner för mobil kommunikation är baserade på GSM och specificeras av EIRENE-projektet. Samtalsfunktioner är:
- PtP-samtal : Point-to-Point-samtal , samma typ av samtal som ett vanligt GSM -samtal
- VGCS : Voice Group Call System , ganska likt walkie-talkie-kommunikation men med en enda upplänk som hanteras av nätverket (endast en person kan tala åt gången)
- VBS : Voice Broadcast System , som en VGCS men bara samtalsinitiatorn kan tala (den andra är bara lyssnare)
- REC : Railways Emergency Call , är en speciell VGCS definierad som 299 med högsta möjliga prioritet (0)
- SEC : Shunting Emergency Call , är en speciell VGCS definierad som 599 med högsta möjliga prioritet (0)
- Prioritetskontroll av alla olika samtal (PtP, VGCS, VBSm, REC och SEC-samtal)
Det finns andra ytterligare funktioner:
- Funktionell adressering , alias system för att ringa upp någon som är registrerad på GSM-R-nätverket, endast genom att känna till den tillfälliga funktionsanvändaren (motorförare av tåg så och så, ...)
- Platsberoende adressering , routingsystem för att ringa den lämpligaste tågledaren angående den aktuella tågpositionen genom att slå en fördefinierad kortkod
- Rangeringsläge , när användare arbetar på banorna.
GSM-R-funktioner
ASCI-funktioner (Advanced Speech Call Items).
Följande definitioner är en del av System Requirements Specification (SRS) som definieras av EIRENE-standarden.
VGCS (Voice Group Call Service)
- VGCS tillåter ett stort antal användare att delta i samma samtal. Den här funktionen imiterar det analoga PMR- gruppsamtalet (Private Mobile Radio) med PTT-knappen (Push-to-Talk).
- Tre typer av användare definieras: talaren, lyssnaren och avsändaren. Den som talar kan bli en lyssnare genom att släppa PTT-knappen och en lyssnare blir en talare genom att trycka på PTT-knappen.
- En fördel med VGCS jämfört med flerpartssamtal (funktionen för GSM-konferenssamtal) är spektrumeffektiviteten. Faktum är att när många användare är i samma cell kommer de att använda endast en frekvens för alla lyssnare och två frekvenser för talaren (som i punkt-till-punkt-samtal). I ett flerpartssamtal är en tidslucka dedikerad till varje användare. Den andra fördelen jämfört med flerpartssamtal är att det inte är nödvändigt att veta vilka mobiler som ska delta i samtalet. Ett VGCS-samtal upprättas på en rent geografisk basis, under förutsättning att en mobil tidigare har aktiverat mottagning av den berörda gruppen.
VBS (Voice Broadcast Service)
- VBS är ett sändningsgruppsamtal: det betyder att jämfört med VGCS kan endast den som initierar samtalet tala. De andra som går med i samtalet kan bara vara lyssnare. Den här typen av samtal används främst för att sända inspelade meddelanden eller för att göra meddelanden.
REC (Railway Emergency Call)
- REC är ett gruppsamtal, eller VGCS, dedikerat till brådskande. Det är ett anrop med högre prioritet (REC-prioritet är nivå 0 – se nedan: eMLPP).
SEC (shunting Emergency Call)
Shunting Emergency Call är ett dedikerat gruppsamtal med numret 599. Samtalet upprättas med en nödnivåprioritet vars nivå är högsta möjliga prioritet 0. SEC är aktiverad och används av enheter som är registrerade för växlingsoperationer. Etableringen av ett sådant samtal leder till att samtalet accepteras automatiskt på alla aktiverade enheter inom det aktuella området eller den konfigurerade cellgruppen.
Multi-Level Precedence and Pre-emption Service (eMLPP)
- Detta definierar användarens prioritet. De olika prioritetsnivåerna är:
- A och B: Högsta prioritetsnivåer (används inte av GSM-R-nätverk)
- 0: Högsta prioritetsnivåer för ASCI och normala samtal (används främst för REC-samtal)
- 1: Lägre prioritet än nivå 0
- 2: Lägre prioritet än nivå 1
- 3: Lägre prioritet än nivå 2
- 4: Lägsta prioritetsnivå (standardprioritet, tilldelad punkt-till-punkt-samtal)
- En autosvarsfunktion med timer är också tillgänglig för samtal med prioritet 0, 1 och 2.
GSM-R numreringsplan
EIRENE SRS-dokumentet definierar en fast nummerplan för GSM-R. Det definieras av nummerprefix.
Prefix Användningsdefinition 1 Reserverad för korta koder 2 Tågfunktionsnummer 3 Motorns funktionsnummer 4 Coach nummer 50 Gruppsamtal 51 Sänd samtal 52–55 Reserverad för internationellt bruk 56–57 Reserverad för nationellt bruk 58 Reserverad för systemanvändning 59 Reserverad för systemanvändning 6 Underhåll och växling av teammedlemmar 7 Tågledare 8 Mobilabonnentnummer 9 Reserverad för breakout-koder och nationell användning 0 Reserverad för åtkomst till offentliga eller till andra GSM-R-nät
Dessa nummer används för funktionell registrering och fasta poster för MSISDN eller korta riktnummer enligt definitionen i HLR. 807660 definierar till exempel ett MSISDN för en mobilabonnent. Numret 23030301 skulle vara ett funktionsnummer kopplat till tågnumret 30303 och användarens roll 01.
Eirene funktioner
Funktionell nummerhantering
- Funktionell numrering
- Tillåter att ringa en mobilstation genom dess funktion: förare av tåget xxx , ...
- Det använder:
- USSD och Follow Me
- UUS1 (för nummervisning)
- Funktionell numrering
- Platsberoende adressering
- Etablerar ett samtal från en mobilstation till (vanligtvis) en fast abonnent/avsändare som utför en funktion i området där mobilstationen är belägen.
- Platsberoende adressering
Avsluta samtalsbekräftelse
- Funktionen Avsluta samtalsbekräftelse är endast tillgänglig för gruppsamtal med högsta prioritet (Prioritetsnivå 0) (VGCS) och broadcast-samtal (VBS) (se eMLPP).
- Den består av en slutanropsrapport som skickas av alla mobilstationer som anslutit sig till det högprioriterade samtalet (initiator ingår). Denna rapport informerar om:
- Samtalstyp
- Samtals längd
- Mobilstations identitet
- Orsak för avsluta samtal Normal, avslutad av användare, mobilstation avstängd av användare, ström av på grund av låg batteriladdning, …)
- …
- Om rapporten inte kan skickas (mobilstationen stängs av av användaren eller stängs av på grund av lågt batteri), kommer mobilstationen att försöka igen (flera gånger om det behövs) att skicka rapporten vid nästa start.
Rangeringsläge
- Växlingsläge är applikationen som kommer att reglera och kontrollera användaråtkomst till växlingskommunikation.
- En länksäkringssignal (LAS) tillhandahålls för att försäkra föraren om att radiolänken fungerar.
Direktläge
- Direktläget är walkie-talkie-läget (mobiler som talar med varandra utan nätverk) och har föreslagits i Eirene, men det har aldrig varit i bruk sedan det baseras på analog radio.
- Sagemcom säger sig ha utvecklat ett GSM-direktläge, som för närvarande inte erkänts i GSM-R-specifikationen, och har ingen frekvensallokering.
GSM-R-marknaden
GSM-R marknadsgrupper
Olika grupper utgör GSM-R-marknaden: [ behöver uppdateras ]
- Nätoperatörerna och järnvägsoperatörerna
Genomförbarhetsfas: Land: Nätoperatör: Järnvägsoperatör(er): Bangladesh Bangladesh järnväg Bangladesh järnväg Norra Irland – NIR Ryssland – ryska järnvägarna Förenta staterna US-PUNKT Amtrak
Tidigare användare: Land: Nätoperatör: Järnvägsoperatör(er): Utrustning: Utgått: Kommentarer: Finland Väylävirasto VR
Nokia Siemens Frequentis AG30.04.2019
Användare byttes till det befintliga TETRA-baserade nationella VIRVE statliga radionätverket. Detta gynnades framför alternativet att ersätta det nuvarande uttjänta GSM-R-nätverket.
Järnvägar som använder GSM-R
Australien
Transport NSW installerar ett digitalt tågradiosystem (DTRS) i hela det 1 455 kilometer långa elektrifierade järnvägsnätet, inklusive 66 tunnlar som täcker 70 kilometer (43 mi), avgränsade av Kiama , Macarthur , Lithgow , Bondi Junction och Newcastle med GSM -R för att ersätta den befintliga analoga tågradion MetroNet. Ersättaren kommer att uppfylla rekommendationer från den särskilda undersökningskommissionen om vattenfallets järnvägsolycka för att tillhandahålla en gemensam kommunikationsplattform för personal som arbetar på järnvägen. Utrustningen kommer att installeras på cirka 250 platser och mer än 60 platser i tunnlar. Det gamla analoga nätet avvecklades 2020.
Kollektivtrafik Victoria har installerat ett digitalt tågradiosystem (DTRS) på Melbournes tågnät med GSM-R för att ersätta det gamla systemet kallat Urban Train Radio System (UTRS). Utrustningen installerades på cirka 100 platser. Det kostade 152 miljoner dollar.
Frankrike
I Frankrike är den första kommersiella järnvägslinjen som öppnats med full GSM-R-täckning LGV Est européenne som förbinder Paris Gare de l'Est till Strasbourg . Det öppnades den 10 juni 2007.
- . 06:43 var det första höghastighetståget som körde på det ICE , höghastighetståget från den tyska passageraroperatören: Deutsche Bahn . Den länkade Gare de l'Est i Paris till Saarbrücken (Tyskland).
- Samma dag, klockan 07:15, var det möjligheten för TGV POS , den senaste generationens höghastighetståg från den franska operatören SNCF . Den länkade Strasbourg till Paris (Gare de l'Est).
Italien
Från och med 2008 betjänas i Italien mer än 9 000 kilometer (5 600 mi) järnvägslinjer av GSM-R-infrastrukturen: detta antal inkluderar både vanliga linjer och höghastighetslinjer, såväl som mer än 1 000 km (620 mi) tunnlar. Roamingavtal med andra italienska mobiloperatörer tillåter täckning av linjer som inte direkt betjänas av GSM-R. Roamingavtal har även upprättats med franska och schweiziska järnvägsbolag och man planerar att utvidga dem till andra länder.
Nederländerna
I Nederländerna finns täckning på alla linjer och det gamla systemet som heter Telerail övergavs till förmån för GSM-R 2006.
Norge
I Norge öppnades GSM-R-nätet på alla linjer den 1 januari 2007 och ersatte det äldre Scanet- nätet.
Storbritanniens fastland
Implementeringen av över 14 000 km (8 700 mi) av GSM-R-aktiverad järnväg, avsedd att ersätta både dess gamla VHF 205 MHz National Radio Network (NRN) och UHF 450 MHz förorts Cab Secure Radio (CSR)-system är nu klar från och med januari 2016.
- I oktober 2013 täcktes både West Coast Main Line (WCML) och East Coast Main Line (ECML) till Skottland av GSM-R och den brittiska tågoperatören Northern Rail hade implementerat GSM-R på ett betydande antal rutter i norr och norr -Väst om England.
- Våren 2013 meddelade Association of Train Operating Companies webbplats GSM-R Online att implementeringen av den södra halvan av det brittiska GSM-R-systemet var slutfört eftersom den sista CA15-sektionen hade gått live (The UK GSM-R Project Implementation divided fastlandet norr och söder om en kartlinje som går från Severn i väster till Wash på östkusten). Infrastruktur- och installationsarbeten fortsatte norr om denna division. Storbritanniens GSM-R-nät förväntades ursprungligen vara fullt operativt 2013, men på grund av glidning i utrustning som passar blev ett senare datum mer troligt. Ett dokument från Rail Safety & Standards Board indikerade dock att Storbritanniens telekommunikationsregulator, Ofcom, skulle dra tillbaka de befintliga NRN 205 MHz-frekvenserna senast 2015. Storbritanniens GSM-R-näts kostnad angavs ursprungligen till 1,2 miljarder pund. Den kostnaden inkluderade dock inte WCML.
- Kambriska linjen ERTMS – Pwllheli till Harlech -repetitionen började den 13 februari 2010 och avslutades framgångsrikt den 18 februari 2010. Förarens bekantskaps- och praktiska hanteringsskede av repetitionen hade gett ett utmärkt tillfälle att övervaka användningen av GSM-R-röst i drift på detta rutt. Det första tåget avgick från Pwllheli kl. 08:53 i ERTMS nivå 2-drift med GSM-R-röst som det enda kommunikationsmedlet mellan föraren och tågklareraren.
- Network Rail utrustade ett testtåg i Derby som det köpte för RSV-testning av GSM-R-nätet. Tåget bildades från ex Gatwick Express-lager. Till en kostnad av 5,9 miljoner pund började denna specialbyggda maskin känd som RSV-tåget (Radio Signal Verification) övervaka Newport Synergy-systemet och Cambrian Line .
- Den 2 september 2009 gick Rugby till Stoke- sektionen live.
- Det första tåget ( Virgin Trains West Coast 390034 på 09:15 Manchester Piccadilly -trafiken till London Euston ) som använde GSM-R på södra änden av WCML körde den 27 maj 2009. Detta var det första fordonet som körde i passagerartrafik med GSM-R utanför Strathclyde-försöket.
- Ett fullt fungerande GSM-R-system hade testats på North Clyde Line i Skottland sedan 2007. Under några år innan dessa försök började hade GSM-R dock använts för röständamål – känd som "Interim Voice Radio" System' (IVRS) – på vissa platser där axelräknare används för tågdetektering, till exempel delar av WCML mellan Crewe och Wembley .
Från och med våren 2016 är de enda områden av UK Network Rail som fortfarande använder VHF-tågradiokommunikation på sektioner av Highland- och Far North -linjerna i Skottland, där Radio Electronic Token Block- systemet används, med modifierade Ofcom-frekvenser runt 180 MHz, efter att ha tagits bort från den nationella GSM-R-planen, på grund av praktiska svårigheter med att distribuera GSM-R-systemet i denna region. För närvarande har 100 % av det brittiska nätet GSM-R-täckning.
Galleri
GSM-R-sändarmast på höghastighetsjärnvägslinjen Nürnberg–Ingolstadt
Kathrein GSM-R panelantenner på gittermast
