GSM -R - GSM-R
GSM-R , globální systém pro mobilní komunikaci-železnice nebo GSM-železnice je mezinárodní bezdrátový komunikační standard pro železniční komunikaci a aplikace.
Subsystém evropského systému řízení železničního provozu (ERTMS), který se používá pro komunikaci mezi řídicími středisky pro řízení vlaků a železnic. Systém je založen na specifikacích GSM a EIRENE - MORANE, které zaručují výkon při rychlostech až 500 km/h (310 mph) bez ztráty komunikace.
GSM-R by mohl být nahrazen LTE-R, přičemž první výrobní implementace byla v Jižní Koreji . Avšak LTE je obecně považován za „ 4G “ protokol, a UIC programu (FRMCS) ‚s Future Železniční Mobile Communication System uvažuje o přestěhování do něčeho‚ 5G ‘na bázi (konkrétně 3GPP R15 / 16), tedy skákání dvou technologických generace.
Dějiny
GSM-R je postaven na technologii GSM a těží z úspor z rozsahu jejího technologického dědictví GSM, jehož cílem je nákladově efektivní digitální náhrada stávajících nekompatibilních kabelových a analogových železničních rádiových sítí na trati. Jen v Evropě údajně existuje více než 35 různých takových systémů.
Tato norma je výsledkem více než desetileté spolupráce mezi různými evropskými železničními společnostmi s cílem dosáhnout interoperability pomocí jediné komunikační platformy. GSM-R je součástí standardu evropského systému řízení železničního provozu (ERTMS) a přenáší signalizační informace přímo strojvedoucímu, umožňuje vyšší rychlosti vlaku a hustotu provozu s vysokou úrovní bezpečnosti.
Specifikace byly dokončeny v roce 2000 na základě projektu MORANE (mobilní rádio pro železniční sítě v Evropě) financovaného Evropskou unií . Specifikace je udržována projektem Mezinárodní unie železnic ERTMS. GSM-R vybralo 38 zemí po celém světě, včetně všech členských států Evropské unie a zemí v Asii, Eurasii a severní Africe.
GSM-R je bezpečná platforma pro hlasovou a datovou komunikaci mezi provozními zaměstnanci železnice, včetně strojvedoucích, dispečerů, členů posunovacího týmu, strojvedoucích a kontrolorech stanic. Poskytuje funkce, jako jsou skupinové hovory ( VGCS ), hlasové vysílání (VBS), připojení podle polohy a přednostní volání v případě nouze. To podporuje aplikace, jako je sledování nákladu, video dohled ve vlacích a na stanicích a informační služby pro cestující.
GSM-R je obvykle implementován pomocí vyhrazených stožárů základnových stanic v blízkosti železnice, přičemž pokrytí tunelu se provádí pomocí směrových antén nebo „děravého“ podavače . Vzdálenost mezi základnovými stanicemi je 7–15 km (4,3–9,3 mil). To vytváří vysoký stupeň redundance a vyšší dostupnost a spolehlivost. V Německu, Itálii a Francii má síť GSM-R 3 000 až 4 000 základnových stanic . V oblastech, kde se používá evropský systém řízení vlaků (ETCS) úrovně 2 nebo 3, udržuje vlak po celou dobu spojení digitálního modemu s přepojováním okruhů do vlakového řídicího centra. Tento modem pracuje s vyšší prioritou než běžní uživatelé (eMLPP). Pokud dojde ke ztrátě připojení modemu, vlak automaticky zastaví.
Horní systém
GSM-R je jednou součástí ERTMS (evropského systému řízení železničního provozu), který se skládá z:
- ETCS (evropský systém řízení vlaků)
- GSM-R
- ETML (European Traffic Management Layer)
- EOR (evropská provozní pravidla)
Frekvenční pásmo
GSM-R je standardizován pro implementaci buď ve frekvenčním pásmu E-GSM (900 MHz-GSM) nebo DCS 1800 (1 800 MHz-GSM), které se používají po celém světě.
Evropa
Evropa zahrnuje členské státy CEPT , které zahrnují všechny členské státy EU a Albánii, Andorru, Ázerbájdžán, Bělorusko, Bosnu a Hercegovinu, Gruzii, Island, Lichtenštejnsko, Makedonii, Moldávii, Monako, Černou Horu, Norsko, Rusko, San Marino, Srbsko, Švýcarsko, Turecko , Ukrajina, Spojené království a Vatikán.
GSM-R používá specifické frekvenční pásmo , které lze označit jako „standardní“ pásmo GSM-R:
- Uplink: 876–880 MHz používané pro přenos dat
- Downlink: 921–925 MHz používaný pro příjem dat
V Německu bylo toto pásmo rozšířeno o další kanály v rozsahu 873–876 MHz a 918–921 MHz. Plné využití nových frekvencí, které bylo dříve používáno pro regionální dálkové rádiové systémy, je určeno pro rok 2015.
Čína
GSM-R zaujímá 4 MHz široký rozsah pásma E-GSM (900 MHz-GSM).
- Uplink: 885–889 MHz
- Downlink: 930–934 MHz
Indie
GSM-R zaujímá 1,6 MHz široký rozsah pásma P-GSM (900 MHz-GSM) v držení indických drah :
- Uplink: 907,8–909,4 MHz
- Downlink: 952,8–954,4 MHz
Austrálie
GSM-R je implementován v pásmu DCS 1800
- Uplink: 1 770– 1 785 MHz
- Downlink: 1865–1880 MHz
Pásmo DCS 1800 bylo původně rozděleno a vydraženo v párovaných balících po 2 × 2,5 MHz s duplexním rozestupem 95 MHz. Provozovatelé státních drah získali k nasazení GSM-R šest převážně neseskupených balíků, které pokrývají spektrum 2 × 15 MHz.
Státní železniční provozovatelé znovu licencovali 2 x 10 MHz spektra 1 800 MHz v Adelaide, Brisbane, Melbourne, Perthu a Sydney pro železniční bezpečnostní a řídicí komunikaci. Všichni kromě South Australian Department of Planning Transport and Infrastructure (Adelaide) re-licensed 2 x 5 MHz of 1800 MHz spektrum at commercial rates set by Australian Government.
Využití technické frekvence v GSM-R
Použitá modulace je GMSK modulace (Gaussian Minimum-Shift Keying). GSM-R je systém TDMA („Time-Division Multiple Access“). Přenos dat se provádí z periodických rámců TDMA (s periodou 4,615 ms) pro každou nosnou frekvenci (fyzický kanál). Každý rámec TDMA je rozdělen do 8 časových slotů, pojmenovaných logické kanály (577 µs dlouhé, každý časový slot), nesoucí 148 bitů informací.
Existují obavy, že mobilní komunikace LTE naruší GSM-R, protože má dané frekvenční pásmo spíše blízké GSM-R. To by mohlo způsobit poruchy ETCS, náhodné nouzové brzdění kvůli ztrátě komunikace atd.
Výsledkem je rostoucí trend sledování a řízení interference GSM-R pomocí aktivních a automatizovaných testů na palubách vlaků a trati.
Aktuální verze GSM-R
Standardní specifikace GSM-R je rozdělena do dvou specifikací EIRENE:
- Specifikace funkčních požadavků (FRS): definice vyšších funkčních požadavků na páku
- Specifikace systémových požadavků (SRS): definice technických řešení podporujících funkční požadavky
EIRENE definuje „technickou specifikaci pro interoperabilitu“ (TSI) jako soubor povinných specifikací, které je třeba splnit, aby byla zachována kompatibilita s jinými evropskými sítěmi; aktuální TSI jsou FRS 7 a SRS 15. EIRENE také definuje nepovinné specifikace, které se nazývají „Prozatímní verze“, které definují další funkce, které se pravděpodobně stanou povinnými v příštích TSI. Aktuální prozatímní verze jsou FRS 7.1 a SRS 15.1. Specifikace GSM-R jsou poměrně stabilní; poslední povinný upgrade byl v roce 2006. Kompletní časová osa verzí GSM-R je:
- Prosinec 2000: FRS 5/SRS 13, první verze, která bude široce nainstalována
- Říjen 2003: FRS 6/SRS 14
- Květen 2006: FRS 7/SRS 15, aktuální TSI
- Červen 2010: FRS7.1/SRS 15.1, aktuální prozatímní verze; hlavními přidanými funkcemi oproti TSI jsou posunovací rádio a datové rádio ETCS
Aktuální verze GSM-R může běžet na sítích 3GPP R99 i R4.
Používá GSM-R
GSM-R umožňuje nové služby a aplikace pro mobilní komunikaci v několika doménách:
- přenos oznámení LLPA (Long Line Public Address) do vzdálených stanic po lince
- řízení a ochrana (automatické řízení vlaku/ ETCS ) a ERTMS
- komunikace mezi strojvedoucím a regulačním centrem
- komunikace palubních pracujících lidí
- zasílání informací pro ETCS
- komunikace mezi nádražími, třídicím dvorem a železničními kolejemi
Hlavní použití
Používá se k přenosu dat mezi vlaky a železničními regulačními středisky s úrovní 2 a 3 ETCS. Když vlak projede přes Eurobalisu , vysílá svou novou polohu a svoji rychlost, poté obdrží zpět souhlas (nebo nesouhlas) o vstupu na další kolej a její novou maximální rychlost. Traťové signály se navíc stávají nadbytečnými.
Jiné použití
Stejně jako ostatní zařízení GSM může zařízení GSM-R přenášet data a hlas. Nové funkce GSM-R pro mobilní komunikaci jsou založeny na GSM a jsou specifikovány projektem EIRENE. Funkce volání jsou:
- Volání PtP : Volání Point-to-Point , stejný typ volání jako běžné GSM volání
- VGCS : Systém hlasových skupinových hovorů , velmi podobný komunikaci pomocí vysílačky, ale s jediným uplinkem ovládaným sítí (současně může mluvit pouze jedna osoba)
- VBS : Voice Broadcast System , jako VGCS, ale mluvit může pouze iniciátor hovoru (ostatní jsou pouze posluchači)
- REC : Železniční nouzové volání je speciální VGCS definovaný jako 299 s nejvyšší možnou prioritou (0)
- SEC : Shunting Emergency Call , je speciální VGCS definovaný jako 599 s nejvyšší možnou prioritou (0)
- Prioritní řízení všech různých hovorů (volání PtP, VGCS, VBSm, REC a SEC)
Existují další doplňkové funkce:
- Funkční adresování , alias systém pro volání někoho registrovaného v síti GSM-R, pouze s vědomím dočasného uživatele funkce (strojvedoucí vlaku takový a takový, ...)
- Umístění závislé na adresování , směrovací systém pro volání nejvhodnějšího vlakového ovladače ohledně aktuální polohy vlaku vytočením předdefinovaného krátkého kódu
- Režim posunu , když uživatelé pracují na kolejích.
Funkce GSM-R
Funkce ASCI (Advanced Speech Call Items)
Následující definice jsou součástí specifikace systémových požadavků (SRS), jak je definována standardem EIRENE.
VGCS (služba hlasových skupinových hovorů)
- VGCS umožňuje velkému počtu uživatelů účastnit se stejného hovoru. Tato funkce napodobuje analogový skupinový hovor PMR (Private Mobile Radio) pomocí klíče PTT (Push-to-Talk).
- Jsou definovány tři druhy uživatelů: Talker, Listener a Dispatcher. Mluvčí se může stát posluchačem uvolněním tlačítka PTT a posluchač se stane mluvčím stisknutím klávesy PTT.
- Jednou z výhod VGCS ve srovnání s hovory s více účastníky (funkce konferenčního hovoru GSM) je účinnost spektra. Skutečně, když je mnoho uživatelů ve stejné buňce, budou používat pouze jednu frekvenci pro všechny posluchače a dvě frekvence pro mluvčího (jako při volání z bodu do bodu). Při volání více účastníků je každému uživateli věnován jeden časový úsek. Druhá výhoda oproti volání více účastníků je, že není nutné vědět, které mobily se mají hovoru účastnit. Volání VGCS je založeno na čistě geografickém základě, s výhradou mobilního telefonu, který dříve povolil příjem dané skupiny.
VBS (Voice Broadcast Service)
- VBS je skupinové volání vysílání: to znamená, že ve srovnání s VGCS může mluvit pouze iniciátor hovoru. Ostatní, kteří se k hovoru připojí, mohou být pouze posluchači. Tento druh volání se používá hlavně k vysílání nahraných zpráv nebo k vytváření oznámení.
REC (železniční nouzové volání)
- REC je skupinový hovor nebo VGCS, určený pro naléhavost. Jedná se o hovor s vyšší prioritou (priorita REC je úroveň 0 - viz níže: eMLPP).
SEC (Shunting Emergency Call)
Shunting Emergency Call je vyhrazený skupinový hovor s číslem 599. Hovor je navázán s prioritou nouzové úrovně, jejíž úroveň je nejvyšší možná priorita 0. SEC je povoleno a používáno zařízeními registrovanými pro posunovací operace. Navázání takového hovoru vede k automatickému přijetí hovoru na všech povolených zařízeních v rámci aktuální oblasti nebo nakonfigurované skupiny buněk.
Multi-Level Precedence and Pre-emption Service (eMLPP)
- To definuje prioritu uživatele. Různé úrovně priority jsou:
- A a B: Nejvyšší úrovně priority (nepoužívají sítě GSM-R)
- 0: Nejvyšší úrovně priority pro ASCI a normální hovory (používá se hlavně pro volání REC)
- 1: Nižší priorita než úroveň 0
- 2: Nižší priorita než úroveň 1
- 3: Nižší priorita než úroveň 2
- 4: Nejnižší úroveň priority (výchozí priorita, přiřazeno k volání Point-to-Point)
- Funkce automatického odpovídání s časovačem je k dispozici také pro hovory s prioritou 0, 1 a 2.
Plán číslování GSM-R
Dokument EIRENE SRS definuje pevný plán číslování pro GSM-R. Je definován předponami čísel.
Předpona Definice použití 1 Vyhrazeno pro krátké kódy 2 Číslo vlakové funkce 3 Číslo funkce motoru 4 Číslo trenéra 50 Skupinové hovory 51 Vysílání hovorů 52–55 Vyhrazeno pro mezinárodní použití 56–57 Vyhrazeno pro národní použití 58 Vyhrazeno pro použití systému 59 Vyhrazeno pro použití systému 6 Členové týmu údržby a posunu 7 Řadiči vlaků 8 Číslo mobilního předplatitele 9 Vyhrazeno pro únikové kódy a národní použití 0 Vyhrazeno pro přístup do veřejných nebo jiných sítí GSM-R
Tato čísla se používají pro funkční registraci a pevné položky pro MSISDN nebo krátké vytáčené kódy definované v HLR. 807660 například definuje MSISDN mobilního předplatitele. Číslo 23030301 by bylo funkční číslo spojené s číslem vlaku 30303 a rolí uživatele 01.
Vlastnosti Eirene
Správa funkčních čísel
- Funkční číslování
- Umožňuje volat mobilní stanici podle její funkce: strojvedoucí vlaku xxx, ...
- Používá:
- USSD a Následuj mě
- UUS1 (pro zobrazení čísel)
- Funkční číslování
- Adresování závislé na poloze
- Naváže hovor z mobilní stanice na (obvykle) pevného předplatitele/dispečera provádějícího funkci v oblasti, kde se mobilní stanice nachází.
- Adresování závislé na poloze
Potvrzení ukončení hovoru
- Funkce potvrzení ukončení hovoru je k dispozici pouze pro skupinová volání s nejvyšší prioritou (prioritní úroveň 0) (VGCS) a všesměrová volání (VBS) (viz eMLPP).
- Skládá se ze zprávy o ukončení hovoru, kterou odesílají všechny mobilní stanice, které se připojily k hovoru s vysokou prioritou (včetně iniciátoru). Tato zpráva informuje o:
- Typ hovoru
- Délka hovoru
- Identita mobilní stanice
- Příčina ukončení hovoru Normální, ukončeno uživatelem, vypnutí mobilní stanice uživatelem, vypnutí z důvodu vybité baterie, ...)
- …
- Pokud zprávu nelze odeslat (vypnutí mobilní stanice uživatelem nebo vypnutí z důvodu vybité baterie), mobilní stanice se pokusí odeslat zprávu znovu (v případě potřeby několikrát) při příštím zapnutí.
Režim posunu
- Shunting mode je aplikace, která bude regulovat a řídit přístup uživatelů k posunovací komunikaci.
- K dispozici je signál Link Assurance Signal (LAS), který řidiči dává jistotu, že rádiové spojení funguje.
Přímý režim
- Přímý režim je režim vysílačky (mobilní stanice mezi sebou mluví bez sítě) a byl navržen v Eirene, od doby, kdy byl založen na analogovém rádiu, však nebyl nikdy použit.
- Společnost Sagemcom tvrdí, že vyvinula přímý režim GSM, který ve specifikaci GSM-R aktuálně není rozpoznán, a že nemá přidělenou frekvenci.
Trh GSM-R
Skupiny trhu GSM-R
Různé skupiny tvoří trh GSM-R:
- Provozovatelé sítí a železniční dopravci
Fáze plánování / uzavírání smluv: Země: Provozovatel sítě: Provozovatelé železniční dopravy: Chorvatsko (pilotní místo) - HZ
Fáze proveditelnosti: Země: Provozovatel sítě: Provozovatelé železniční dopravy: Bangladéš Bangladéšská železnice Bangladéšská železnice Severní Irsko - NIR Rusko - Ruské železnice Spojené státy US-DOT Amtrak
Bývalí uživatelé: Země: Provozovatel sítě: Provozovatelé železniční dopravy: Zařízení: Přerušeno: Komentáře: Finsko Väylävirasto VR Nokia Siemens
Frequentis AG30.04.2019 Uživatelé byli převedeni do stávající národní vládní rádiové sítě VIRVE se sídlem v TETRA .
To bylo upřednostněno před možností nahrazení stávající sítě GSM-R po skončení životnosti.
Železnice využívající GSM-R
Austrálie
Transport NSW instaluje digitální vlakový rádiový systém (DTRS) v celé elektrifikované železniční síti o délce 1455 kilometrů (904 mi), včetně 66 tunelů pokrývajících 70 kilometrů (43 mil), ohraničených Kiama , Macarthur , Lithgow , Bondi Junction a Newcastle s GSM -R nahradit stávající analogové vlakové rádio MetroNet. Náhrada splní doporučení Zvláštní vyšetřovací komise pro železniční nehodu ve vodopádu, aby poskytla společnou komunikační platformu pro zaměstnance pracující na železnici. Zařízení bude instalováno na zhruba 250 místech a více než 60 místech v tunelech. Stará analogová síť byla rozebrána v roce 2020.
Veřejná doprava Victoria nainstalovala do vlakové sítě v Melbourne digitální vlakový rádiový systém (DTRS) s GSM-R, který nahradí starý systém s názvem Urban Train Radio System (UTRS). Zařízení bylo instalováno asi na 100 místech. Stálo to 152 milionů dolarů.
Francie
Ve Francii je první komerční železniční tratí otevřenou s plným pokrytím GSM-R LGV Est européenne spojující Paris Gare de l'Est se Štrasburkem . Byl otevřen 10. června 2007.
- V neděli 10. června 2007 v 06:43 byl prvním vysokorychlostním vlakem, který na něm jel, ICE , vysokorychlostní vlak od německého osobního operátora: DB . Spojovala Gare de l'Est v Paříži se Saarbrückenem (Německo).
- Ve stejný den, v 07:15, to byla příležitost TGV POS , nejnovější generace vysokorychlostního vlaku od francouzského operátora, SNCF . Spojovalo Štrasburk s Paříží (Gare de l'Est).
Itálie
Od roku 2008 je v Itálii více než 9 000 kilometrů (5 600 mi) železničních tratí obsluhováno infrastrukturou GSM-R: toto číslo zahrnuje běžné i vysokorychlostní tratě a více než 1 000 km (620 mi) tunelů. Roamingové dohody s jinými italskými mobilními operátory umožňují pokrytí linek, které nejsou přímo obsluhovány GSM-R. Byly také uzavřeny dohody o roamingu s francouzskými a švýcarskými železničními společnostmi a plánuje se jejich rozšíření do dalších zemí.
Holandsko
V Nizozemsku je pokrytí všech linek a starý systém s názvem Telerail byl upuštěn ve prospěch GSM-R v roce 2006.
Norsko
V Norsku byla síť GSM-R otevřena na všech linkách 1. ledna 2007.
Britská pevnina
Implementace více než 14 000 km (8700 mi) železnice s povoleným GSM-R, která má nahradit jak starší systémy VHF 205 MHz National Radio Network (NRN), tak UHF 450 MHz suburban Cab Secure Radio (CSR), je nyní dokončena od ledna 2016.
- V říjnu 2013 pokrývala hlavní trať západního pobřeží (WCML) a hlavní trať východního pobřeží (ECML) do Skotska GSM-R a britský provozovatel vlaků Northern Rail implementoval GSM-R na značném počtu tras na severu a severu -Západ Anglie.
- Na jaře 2013 oznámil web britské asociace provozovatelů vlaků GSM-R Online , že implementace jižní poloviny britského systému GSM-R byla dokončena, protože konečná část CA15 byla spuštěna (Implementace britského projektu GSM-R rozdělil pevninu na sever a jih od mapové čáry vedoucí od Severnu na Západě k Wash na východním pobřeží). Severně od této divize pokračovaly infrastrukturní a instalační práce. Původně se očekávalo, že britská síť GSM-R bude plně funkční do roku 2013, ale kvůli sklouznutí vybavení se později stalo pravděpodobnějším. Nicméně, RSSB (Drážní & Standards Board) dokumentu je uvedeno, že britský telekomunikační regulátor, Ofcom, bylo rozhodnuto zrušit stávající NRN 205 kmitočtů MHz 2015. Náklady britského GSM-R síť je původně dány k £ 1,2 miliardy. Tyto náklady však nezahrnovaly hlavní linku západního pobřeží (WCML).
- Zkouška Cambrian Line ERTMS - Pwllheli na Harlech byla zahájena 13. února 2010 a úspěšně dokončena dne 18. února 2010. Fáze seznámení s řidičem a praktické ovládání zkoušky poskytla vynikající příležitost monitorovat používání hlasu GSM-R v provozu na tomto trasa. První vlak odjel z Pwllheli v 08:53 hodin v provozu ERTMS úrovně 2 s hlasem GSM-R, který byl použit jako jediný způsob komunikace mezi řidičem a signalizátorem.
- Network Rail vybavil testovací vlak v Derby, který koupil pro testování RSV sítě GSM-R. Vlak byl vytvořen ze skladu ex Gatwick Express. Za cenu 5,9 milionu liber začal tento na zakázku vyrobený stroj známý jako vlak RSV (Radio Signal Verification) monitorovat schéma Newport Synergy a Cambrian Line .
- Dne 2. září 2009 byla uvedena do provozu sekce Rugby to Stoke.
- První vlak (390 034 ve službě 09:15 Manchester Piccadilly do Londýna Euston) využívající GSM-R na jižním konci hlavní linky západního pobřeží jel 27. května 2009. Jednalo se o první vozidlo, které jezdilo v osobní dopravě s GSM -R mimo soud Strathclyde.
- Plně funkční systém GSM-R byl na zkušební trati North Clyde Line ve Skotsku zkoušen od roku 2007. Několik let před zahájením těchto zkoušek byl však GSM-R používán pouze pro hlasové účely-známý jako „Interim Voice Radio“ Systém '(IVRS) - v některých místech, kde se k detekci vlaku používají čítače náprav , například části hlavní trati západního pobřeží mezi Crewe a Wembley.
Na jaře 2016 jsou jediné oblasti britské železniční sítě, které v současné době stále využívají VKV vlakové rádiové komunikace, na úsecích Highland a Far North Lines ve Skotsku, kde je využíván systém RETB (Radio Electronic Token Block), využívající upravené frekvence Ofcom kolem 180 MHz, které byly vyloučeny z národního plánu GSM-R, z důvodu praktických potíží spojených s nasazením systému GSM-R v této oblasti.
Galerie
Stožár vysílače GSM-R na vysokorychlostní železniční trati Norimberk – Ingolstadt
Panelové antény Kathrein GSM-R na příhradovém stožáru
