Komunikacja kolejowa GSM-R
- Adam Urbanek,
- 01.01.2005
Sprawny transport kolejowy towarów i pasażerów wymaga bezpośredniej i niezawodnej komunikacji między stacją sterującą ruchem pociągów a maszynistą prowadzącym skład oraz pracownikami obsługującymi kolejowe trakty komunikacyjne. Takie wymagania spełniają jedynie najnowsze rozwiązania europejskiego systemu komórkowego GSM-R, specjalnie projektowanego dla aplikacji kolejowych.
Sprawny transport kolejowy towarów i pasażerów wymaga bezpośredniej i niezawodnej komunikacji między stacją sterującą ruchem pociągów a maszynistą prowadzącym skład oraz pracownikami obsługującymi kolejowe trakty komunikacyjne. Takie wymagania spełniają jedynie najnowsze rozwiązania europejskiego systemu komórkowego GSM-R, specjalnie projektowanego dla aplikacji kolejowych.
W zależności od charakteru żądanej usługi systemy łączności kolejowej tworzy się za pomocą różnych rozwiązań infrastruktury teleinformatycznej. Większość działających resortowych systemów analogowej łączności wykorzystuje do tego celu pasmo radiowe 450/460 MHz, które nie pozwala jednak na realizację nowoczesnych aplikacji dla kolejnictwa, wymagających szerszego pasma przenoszenia. Bardziej użyteczne okazuje się przydzielone radiokomunikacji ruchomej pasmo w zakresie częstotliwości 900 MHz - przeznaczone do cyfrowych transmisji głosu i danych w zmodyfikowanym, kolejowym systemie komórkowym GSM-R (GSM-Railway).
Organizacje standaryzujące łączność GSM-R
Pierwsze systemy nowoczesnej łączności dla kolejnictwa były projektami badawczymi - DIBMOF (Niemcy), DART (Wlk. Brytania) czy paneuropejskie MORANE i EIRENE - których celem było zbadanie przydatności rozwiązań komórkowych GSM 900 do specyfiki eksploatacyjnej i obsługi tras kolejowych z szybkimi pociągami klasy Eurostar. Uzyskane doświadczenia pozwoliły najpierw na podpisanie odpowiednich porozumień MoU z 32 krajowymi zarządami kolejowymi (1997 r.), a następnie zdefiniowanie wymagań europejskiego standardu GSM-R, który miał być wdrażany w Europie do 2003 r. w zakresie częstotliwości 900 MHz. Kluczowym elementem rozwoju było pozyskanie i zatwierdzenie wspólnego dla wszystkich rozwiązań pasma częstotliwości radiowych. Nowe częstotliwości pracy Międzynarodowa Unia Kolei (UIC) pozyskała w 1995 r., po ich akceptacji przez Europejski Instytut Standardów Telekomunikacyjnych (ETSI).
Podobna infrastruktura
Zakresy częstotliwości dla GSM-R
Dla resortu kolejnictwa zaproponowano standard GSM w rozszerzonej wersji Phase 2 (GSM 2G+), doposażony w szybsze transmisje w technologii GPRS, a ostatnio również EDGE. Pasmo radiowe GSM-R obejmuje dwa niespójne, ale komplementarne przedziały częstotliwości: od 876 MHz do 880 MHz do komunikacji w stronę sieci (uplink) oraz pasmo od 921 MHz do 925 MHz (downlink) do transmisji w kierunku terminali. Standaryzacja pasma radiowego zapewnia międzynarodową współpracę poszczególnych kolei krajowych - wykorzystujących przydzielone UIC pasmo 4 MHz - i pozwala zwolnić część zajmowanych do tej pory przez służby kolejowe innych zakresów radiowych.
Infrastruktura systemu GSM-R nie różni się zasadniczo od lądowej łączności GSM powszechnego użytku. Standard GSM-R jest w ok. 85% oparty na ogólnodostępnej technologii GSM, z wykorzystaniem transmisji pakietowych GPRS (2G+) działających ze średnią szybkością 30-40 kb/s. Większość elementów i urządzeń funkcyjnych pochodzących z systemu GSM (moduły terminali ruchomych, stacje bazowe, sterowniki, rdzeń sieci, systemy dyspozycyjne oraz systemy sterowania operacyjnego) znajdują się w produkcji masowej, a więc nie są to drogie składniki systemu łączności.
Stosunkowo wąskie pasmo dostępnych w systemie GSM-R częstotliwości radiowych (2 x 4 MHz) wymaga stosowania tych samych częstotliwości w blisko siebie położonych komórkach radiowych, co zmienia i utrudnia sposób gospodarowania zasobami nośnymi systemu w stosunku do GSM. Wielokrotne wykorzystanie tych samych grup częstotliwości w różnych niespójnych komórkach sieci zwiększa ich pojemność, natomiast instalacja wielu mikrokomórek na obszarach o dużej gęstości aktywnych użytkowników (dworce, stacje przeładunkowe) zapewnia podwyższenie ruchu telekomunikacyjnego.
Organizacja łączności sieci GSM-R
Tradycyjne sterowanie ruchem pociągów wymaga specyficznych rozwiązań łączności kolejowej, utrzymywanej przez kilka zainstalowanych wzdłuż traktu szynowego systemów komunikacji (łączność radiotelefoniczna, łącza selektorowe z dyspozytorem liniowym, łącza zapowiadawcze). Instalowane na szlaku systemy radiowe GSM-R stanowią przede wszystkim wsparcie już istniejących rozwiązań komunikacyjnych, które usprawniają automatyzację sterowania i bezprzewodowej łączności kolejowej na szlaku.
Prace adaptacyjne nad systemem dla kolejnictwa polegały na wprowadzeniu jedynie kilku modyfikacji, istotnych z punktu widzenia niezawodności tradycyjnego systemu komórkowego GSM:
- zmodyfikowaniu zakresów pasma częstotliwości i zasad przydziału kanałów radiowych w podsystemie stacji bazowych BSS (Base Station Subsystem);
- optymalizacji parametrów oprogramowania podstacji BSS pod kątem procedur przełączania handover;
- wprowadzeniu usługi wspomagającej adresowanie stacji ruchomych typu FollowMe;
- realizacji transmisji z przełączaniem pakietów GPRS i EDGE.