GSM-R

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GSM-R-Basisstation an der Neubaustrecke Ingolstadt–Nürnberg

Global System for Mobile Communications – Rail(way) (GSM-R oder GSM-Rail) ist ein Mobilfunksystem, das auf dem weltweit dominierenden Funkstandard GSM aufbaut, jedoch für die Verwendung bei den Eisenbahnen angepasst wurde. In Deutschland wurde damit der auf analoger Technik basierende Zugfunk abgelöst. GSM-R wird daher auch als digitaler Zugfunk bezeichnet.

Technik[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

GSM-R ist ein auf GSM aufbauender Mobilfunkstandard, der seit 1992 vom Internationalen Eisenbahnverband (Union Internationale des Chemins de fer, UIC) betreut und weiterentwickelt wird. Dies geschah zuerst im Rahmen des Projekts EIRENE (European Integrated Railway Radio Enhanced Network), seit Ende 2006 im Rahmen des Projekts European Rail Traffic Management System (ERTMS). Auf diesem Weg werden die über GSM hinausgehenden, GSM-R-spezifischen Spezifikationen erarbeitet, die dann als FRS (Functional Requirements Specifications) und SRS (System Requirement Specification) veröffentlicht werden. Neben GSM-R ist die ERTMS-Projektgruppe der UIC auch für das European Train Control System (ETCS) zuständig.

Neben der Sprachkommunikation soll GSM-R als Transportmedium für ETCS-Daten dienen,[1] die neben der Zugbeeinflussung auch Zugfernsteuerung, Stellwerkskommunikation und die Überwachung des Zuglaufs ermöglichen.

Um alle Applikationen des GSM-R-Netzes für die Fahrdienstleiter und Disponenten zu nutzen, kommen spezielle Fixed Terminal Systems (FTS) zum Einsatz. GSM-R kann nur mit speziellen GSM-R fähigen Mobilfunkgeräten und speziellen GSM-R-tauglichen SIM-Karten genutzt werden.

GSM-R kennt zwei Betriebsmodi, die sich in wesentlichen Parametern voneinander unterscheiden.

Betrieb im GSM-Modus[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Für den Betrieb im GSM-Modus kommen die für Netze nach GSM-Standard spezifizierten Betriebsparameter zur Anwendung. Ein GSM-R-Netz im GSM-Modus entspricht weitgehend einem öffentlich zugänglichen GSM-Netz, jedoch sind seitens der UIC zusätzliche Dienste gefordert, und einige Parameter aus Standard-GSM wurden enger spezifiziert. Die Unterschiede sind im Einzelnen:[2][3][4]

  • Die Unterstützung von Funktionsrufnummern für Sprach- und Datenanrufe ist erforderlich
  • Funktionsrufnummern müssen vom Netz aufgelöst und auf den Endgeräten in Textform dargestellt werden
  • Die Anrufzustellung abhängig vom Aufenthaltsort des Anrufenden muss möglich sein. Auf diese Art kann etwa, abhängig vom Aufenthaltsort, mit der gleichen Rufnummer immer der zuständige Fahrdienstleiter erreicht werden
  • Die Implementierung eines bahnspezifischen Notrufs ist erforderlich
  • Die Implementierung der Advanced Speech Call Items ist erforderlich
  • Die Implementierung des GSM-Dienstes VBS (Voice Broadcast Service) ist erforderlich. Hierbei handelt es sich um einen Sammelanruf für Einwegkommunikation, d. h. der Anrufende kann sprechen, alle Angerufenen können nur zuhören (Durchsagedienst).
  • Die Implementierung des GSM-Dienstes VGCS Voice Group Call Service ist erforderlich. Hierbei handelt es sich um einen Sammelanruf, der zeitgleich an ganze Nutzergruppen zugestellt wird und in dem alle Teilnehmer sprechen können
  • Die Unterstützung von Funktionsrufnummern für VBS und VGCS ist erforderlich. Hierbei müssen Adressierungsmöglichkeiten wie etwa alle Züge oder gesamtes Zugpersonal unterstützt werden
  • Für Sprachverbindungen muss ein spezieller Rangiermodus implementiert werden. Dieser beinhaltet die Schaltung eines link assurance signal, eines Verbindungskontrollsignals, das allen Beteiligten regelmäßig das Bestehen einer Verbindung in Form eines Kontrolltons anzeigt
  • Die Implementierung von eMLPP ist erforderlich. Jedem Anruf muss eine Prioritätsstufe zugewiesen werden, das Netz muss die Verdrängung von Anrufen niedriger Priorität durch höher priorisierte Anrufe unterstützen, verdrängte Anrufe sollen beendet werden. Die folgenden Prioritätsstufen werden in GSM-R vergeben:
    • bahnspezifische Notrufe (railway emergency)
    • sicherheitsrelevante Übertragungen (control-command (safety))
    • öffentliche Notrufe (etwa an die 112) und Gruppenanrufe zwischen Lokführern (public emergency and group calls between drivers in the same area)
    • betriebsrelevante Übertragungen und Rangiermodus (railway operation)
    • sonstige Anrufe (railway information)
  • Ein spezifischer Datendienst für ETCS muss implementiert werden
  • In den verwendeten SIM-Karten müssen Datenfelder für GSM-R-spezifische Daten angelegt werden
  • Die Unterstützung von Endgeräten, die sich mit einer Geschwindigkeit von bis zu 500 km/h bewegen, muss sichergestellt werden
  • Ein Versorgungspegel von mindestens 38,5 dBμV/m (entspricht -98 dBm) mit einer Versorgungswahrscheinlichkeit von 95 % für Sprachverbindungen und nicht sicherheitskritische Anwendungen muss sichergestellt werden
  • Ein Versorgungspegel von mindestens 41,5 dBμV/m (entspricht -95 dBm) mit einer Versorgungswahrscheinlichkeit von 95 % für Strecken mit ETCS Level 2/3 bei Geschwindigkeiten von bis zu 220 km/h muss sichergestellt werden
  • Rufaufbauzeiten für bahnspezifische Notrufe müssen in mindestens 95 % der Fälle kleiner als 2 Sekunden sein
  • Rufaufbauzeiten für Gruppenrufe zwischen Teilnehmern eines Rufbereichs müssen in mindestens 95 % der Fälle kleiner als 5 Sekunden sein
  • Fest eingebaute Endgeräte müssen bei Ausfall der Stromversorgung mindestens eine Stunde weiter funktionieren, wobei das Gerät 15 Minuten benutzt werden kann

Der GSM-Modus von GSM-R wurde für den gesamten R-GSM Frequenzbereich spezifiziert.[5] Die tatsächliche Zuteilung der Frequenzbereiche erfolgt durch die Regulierungsbehörden der einzelnen Staaten. Roaming zwischen GSM-R und öffentlichen GSM-Netzen ist möglich.

Funktionsrufnummern[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Implementierung von Funktionsrufnummern bedeutet, dass das Netz neben den individuellen, an die SIM-Karte gebundenen Rufnummern, zusätzliche Rufnummern für bestimmte Endstellen und Funktionsträger zur Verfügung stellt.[3]

Auf diese Art können Funktionsträger in einem Zug (etwa der Triebfahrzeugführer oder der Zugführer bzw. bei DB Fernverkehr der Zugchef), die Besatzung einer Lokomotive, eine Rangier- oder Wartungsgruppe, ein bestimmter Fahrdienstleiter oder etwa der Zugdatenrecorder erreicht werden, ohne die jeweilige individuelle Rufnummer kennen zu müssen. Es ist außerdem möglich, Funktionsträger gruppenweise zu adressieren, beispielsweise die gesamte Besatzung eines Zuges oder alle Lokführer, die eine bestimmte Strecke befahren.

Die erste Ziffer einer GSM-R-Rufnummer gibt den Call Type, die Art der Rufnummer, an. Hierbei steht

  • 1 für Kurznummern (beispielsweise 1-3-00 für den möglichst zum Standort passenden Fahrdienstleiter),
  • 2 für Zugfunktionsnummern (beispielsweise 2-00884-01 für den führenden Triebfahrzeugführer des Zugs 884),
  • 3 für Triebfahrzeugfunktionsnummern (beispielsweise 3-80-152005-01 für den führenden Triebfahrzeugführer auf der Lok 91 80 6 152 005-5),
  • 4 für Wagenfunktionsnummern (beispielsweise 4-80-8681863-01 für den führenden Triebfahrzeugführer auf dem Steuerwagen 50 80 86-81 863-2),
  • 5 für Voice Group Call Service und Voice Broadcast Service,
  • 6 für Wartungs- und Rangierdienste (bestehend aus fünfstelliger Location Number und vierstelligem Funktionscode),
  • 7 für Train Controller Function Numbers (z. B. Fahrdienstleiter; beispielsweise 7-600300-01),
  • 8 Mobile Subscriber Number (zur Bildung der MSISDN),
  • 9 Breakout Codes (900–909) für internationale GSM-R-Anrufe (900) und zum Bahntelefonnetz (901), sowie Nummern für besondere nationale Systeme (z. B. bei der DB Netz AG für die Zugvorbereitungsmeldung) und
  • 0 für den Zugang zum öffentlichen Telefonnetz (PSTN).[6]

Bahnspezifischer Notruf[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beim bahnspezifischen Notruf handelt es sich um einen Anruf mittels VGCS der, abhängig vom Standort des Anrufenden und der angerufenen Notrufnummer, an festgelegte Nutzergruppen zugestellt, speziell signalisiert und automatisch verbunden wird. Durch die spezielle Signalisierung wird der Rufaufbau verkürzt und Rufe mit niedrigerer Priorität werden verdrängt. Jedes GSM-R-Endgerät muss für diese Art des Notrufs eine spezielle, rote Taste haben.[7] Über die anzurufende Notrufnummer entscheidet nicht der Anwender, sondern die Verwendung des Geräts. Zum Beispiel konfiguriert ein GSM-R-Endgerät, das für einen Rangiermitarbeiter im Netz angemeldet wird, automatisch die korrekte Notrufnummer. Die dafür notwendigen Informationen sind auf der SIM-Karte des Endgerätes und in der MSC hinterlegt. Bahnnotrufe werden auf Anweisung des Eisenbahn-Bundesamtes (EBA) für eine spätere Auswertung des Unfallgeschehens netzseitig aufgezeichnet und längerfristig archiviert.

Ein auf einem Triebfahrzeug eingehender Notruf wird automatisch über einen Lautsprecher im Führerstand ausgegeben. Dadurch ist keine Mitwirkung des Triebfahrzeugführers nötig, um den Notruf hören zu können.

Für die adressierbaren Notrufgruppen sind folgende Anrufgruppenkennungen definiert:

  • 299 Notruf für Zuggruppen und Triebfahrzeugführer
  • 539 Notruf für Bahnhofs- und Sicherheitspersonal
  • 569 Notruf für Technik- und Wartungspersonal (Trackside maintenance groups)
  • 579 Fahrdienstleiternotruf
  • 599 Rangiergruppennotruf

Betrieb im Direct-Modus[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Für reine Kurzstreckenkommunikation oder Betriebsfälle, in denen kein GSM-R-Netz im GSM-Modus zur Verfügung steht, wurde der Direct-Modus spezifiziert,[8] jedoch zurzeit nicht bei der Deutschen Bahn eingesetzt (Stand 2014). In diesem Betriebsmodus können Endgeräte ohne weitere Infrastruktur direkt miteinander kommunizieren. Die verwendeten Betriebsparameter sind in diesem Fall:

  • Frequenzbereich 873,0 MHz bis 880,0 MHz, Kanalabstand 12,5 kHz
  • Frequenzmodulation, Sendeleistung max. 1 W
  • Halbduplexbetrieb
  • Mindestempfindlichkeit des Empfängers –107 dBm
  • Mindestreichweite 2000 m
  • Der im GSM-Modus vorhandene Rangiermodus muss einschließlich des Verbindungskontrollsignals implementiert werden
  • Tragbare Endgeräte müssen eine Mindestlaufzeit von 8 Stunden aufweisen, bezogen auf eine Aufteilung von 20 % Sendebetrieb, 20 % Empfangsbetrieb und 60 % Stand-by

Entwicklung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

1990 begann die Deutsche Bundesbahn (DB) mit dem Projekt DIBMOF (Dienste-integrierender Bahnmobilfunk). Das Funksystem sollte sowohl sicherheitsrelevante Informationen (z. B. die Linienzugbeeinflussung), betriebsinterne Dienste (z. B. Zugfunk) als auch externe Dienste (z. B. Reisendenkommunikation) integrieren. Das mit öffentlichen Mitteln geförderte Forschungsvorhaben sollte 1996 abgeschlossen werden.[9][10]

Parallel liefen Untersuchungen, inwieweit die Nachrichtenübertragung in den Zug über einen Digitalfunk bei 900 MHz, entweder nach der GSM- oder der ETSI-Norm, realisiert werden könnte.[9] Im Juni 1990 empfahl die CEPT einen Frequenzbereich von 870 bis 874 sowie von 915 bis 919 MHz, anschließend an das GSM-Frequenzband, für ein zukünftiges Funksystem der europäischen Bahnen. Nach einer Untersuchung der Frequenzverwaltungen wurde dieser Bereich im März 1991 für Bahnen reserviert.[11]

Aus Kosten- und Zeitgründen wurden Ansätze für die Entwicklung eines eigenen westeuropäischen Eisenbahn-Funksystems verworfen und die Einführung eines eisenbahnspezifischen GSM-Systems weiterverfolgt: GSM-R.[11]

Im Zuge der wachsenden Transportanforderungen und mit der Auflösung der osteuropäischen Wirtschaftsorganisation Rat für gegenseitige Wirtschaftshilfe (RGW) übernahm die Europäische Union (EU) mit ihrer Europäischen Eisenbahnagentur (ERA) im Bereich Zugfunk die Führung und hielt eine einheitliche, standardisierte und europaweit interoperable Lösung für notwendig. In der EG-Richtlinie 96/48 vom 23. Juli 1996 wird deshalb die Interoperabilität für den transeuropäischen Hochgeschwindigkeitsverkehr ab Mai 1999 zur gesetzlichen Pflicht gemacht.[12]

In Folge verpflichteten sich im Jahr 1997 deshalb 32 europäische Bahnverwaltungen zur GSM-R-Einführung. Damit wurde die Interoperabilität bei der mobilen Kommunikation im Bahnbetrieb erstmalig in weiten Teilen Westeuropas einheitlich festgelegt.[13] Die funktionale Anforderungsspezifikation (EIRENE) wurde Ende Juni 1998 von den Generaldirektoren der Bahnunternehmen der UIC genehmigt.[14] Im Januar 2007 hatte ProRail als erster Eisenbahninfrastrukturbetreiber den Wechsel auf GSM-R vollzogen und sein analoges Netz abgeschaltet. Bis Herbst 2007 war GSM-R auf einer Länge von rund 60.000 km installiert und auf fast 40.000 km in Betrieb. Insgesamt sollten 148.000 km ausgerüstet werden.[15]

Ein weiterer Grund für die Einführung des neuen Funkstandards war, dass die analogen Funksysteme veraltet waren und somit nicht mehr wirtschaftlich zu betreiben waren. Alleine die Deutsche Bahn betrieb seit den sechziger Jahren acht verschiedene Analog-Funk-Systeme: Zugfunk, Rangierfunk, Kfz-Funk, Betriebs- und Instandhaltungsfunk und weitere. Später beschlossen auch außereuropäische Bahnverwaltungen, GSM-R einzuführen.

Das Railway Interoperability & Safety Committee der Europäischen Union stimmte am 10. Februar 2016 einstimmig für eine Überarbeitung der Technische Spezifikationen für die Interoperabilität (TSI ZZS), die unter anderem die Baseline 1 der GSM-R-Spezifikation enthält. Wesentliche Neuerungen der Spezifikation sind die Unterstützung für GPRS und eine bessere Dämpfung gegen Störeinflüsse öffentlicher Mobilfunksysteme.[16] Mit EU-Verordnung 2016/919 vom 27. Mai 2016 wurden drei ETCS-Versionen – jeweils in Verbindung mit GSM-R-Baseline 1 – für verbindlich erklärt.[17] Damit wird die Verwendung von Filtern gegen Störeinflüsse des öffentlichen Mobilfunks verbindlich.

Verwendung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weltweiter Einsatz von GSM-R, Stand April 2009[18][19]
Land Betreiber Status Streckenlänge mit GSM-R
geplant (km)
Nutzer
Algerien ANESRIF im Aufbau[20]
Australien RailCorp im Aufbau 40
Belgien SNCB/NMBS in Betrieb 3000 400
Bulgarien NRIC im Aufbau 1020
Dänemark Banedanmark in Planung 2000
Deutschland DB Netz AG in Betrieb 29300 31346
Kroatien in Planung 1280
Finnland RHK in Betrieb (Abschaltung 2018 geplant)[21] 4970 100
Frankreich RFF (seit 2015: SNCF Réseau) in Betrieb 14400
Griechenland Testbetrieb 707
Großbritannien Network Rail Limited in Betrieb 14780 8452
Indien IR in Betrieb 3200
Irland CIÉ im Aufbau
Israel Israel Railways in Planung[22] 800
Italien RFI in Betrieb 10199 3000
Litauen Lietuvos geležinkeliai in Betrieb 1179
Luxemburg CFL im Aufbau 271
Marokko im Aufbau[23]
Mexiko im Aufbau 35
Niederlande ProRail in Betrieb 3050 6900
Nordirland Machbarkeitsstudien
Norwegen JBV in Betrieb 3800 4420
Österreich ROeEE / ÖBB Infra in Betrieb etwa 3300[24] 820
Polen PKP im Aufbau (in Vergabe[25]) 15000
Portugal in Planung 2600
Rumänien in Planung 750
Russland Machbarkeitsstudien
Saudi-Arabien im Aufbau 2493
Schweden Banverket, seit 2010 Trafikverket in Betrieb (Ablösung ab Mitte der 2020er geplant[26]) 9850 4300
Schweiz SBB/CFF/FFS in Betrieb 3100 5100
Slowakei in Betrieb 884
Slowenien AZP Pilotbetrieb 1226
Spanien ADIF in Betrieb 10189 1900
Südafrika PRASA 2013 beauftragt[27] 1200
Tschechien Czech Railways in Betrieb 5400 300
Türkei im Aufbau 1720
Ungarn VPE im Aufbau 900
Vereinigte Staaten US/DOT Machbarkeitsstudien
Volksrepublik China CR Group in Betrieb 3896

Deutschland (Deutsche Bahn)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eigentümer und Betreiber des deutschen GSM-R-Netzes ist die DB Netz AG. Generalunternehmer und Hersteller des Mobilfunknetzes der Deutschen Bahn war die kanadische Firma Nortel, nach deren Auflösung der ehemalige europäische Vertreter Kapsch Carrier Com (KCC) das Geschäft fortgeführt hat. Seit Februar 2008 werden auch Basisstationen von Nokia Siemens Networks (heute Nokia Solutions and Networks, NSN) aufgebaut.[28] Die Dualmode-GSM-R-Terminals, welche neben dem GSM-R-Standard auch noch den analogen Zugfunk unterstützen, wurden von der Hörmann Funkwerk Kölleda GmbH über Nortel Networks an die Deutsche Bahn geliefert.

1998 entschied die Deutsche Bahn, den in den 1970er Jahren eingeführten analogen Zugfunk vollständig auf GSM-R umzustellen.[29] Vorher wurden im Januar 1998 erste GSM-R-Funktests auf der Strecke zwischen Stuttgart und Bruchsal durchgeführt. Im Jahr 2001 wurde GSM-R auf einem 15 km langen Testabschnitt BitterfeldGräfenhainichen der Strecke Berlin–Halle vollständig in Betrieb genommen.[30]

Im Juli 1999 übernahm DB Telematik, im Auftrag von DB Netz, die Planung des deutschen GSM-R-Netzes. Danach wurde vorübergehend auch der Netzbetrieb übernommen.[31] Die Deutsche Bahn stellte am 1. Oktober 1999 ihre Pläne für den Aufbau eines GSM-R-Netzwerks vor. Bis Ende 2002 sollten dabei 27.000 Strecken-Kilometer mit 2800 Basisstationen abgedeckt werden.[32] Nach Planung von 2001 sollten bis 2004 etwa 1,5 Milliarden Euro in die Streckeninfrastruktur und 250 Millionen Euro in die Zugterminals investiert werden.[33] Die erste nur auf digitalem Zugfunk (GSM-R) basierende Strecke war die Schnellfahrstrecke Köln–Rhein/Main, welche am 1. August 2002 in Betrieb ging.

Umstritten war, inwieweit private Eisenbahnverkehrsunternehmen zur Umstellung auf GSM-R gezwungen werden können. Kritiker bemängelten, dass das neue System den Unternehmen kaum Vorteile bringen, jedoch hohe Kosten aufbürden würde. Ende 2003 wurde dabei ein Kompromiss zwischen den Verkehrsunternehmen und DB Netz ausgehandelt.[34] Bis Ende 2004 wurde die Grundstufe (Basisprojekt) des GSM-R-Systems mit rund 2600 Basisstationen abgeschlossen.[31]

Bis Dezember 2009 wurde digitaler Rangierfunk in 1050 von 1350 Rangierbereichen in Betrieb genommen. Im April 2010 waren mehr als 25.000 Kilometer des Streckennetzes auf GSM-R-Zugfunk umgestellt.[35] Im Jahr 2016 waren im Netz der Deutschen Bahn rund 29.000 von gut 33.000 Streckenkilometern mit GSM-R ausgerüstet. Auf den übrigen Strecken läuft die Kommunikation über analogen Zugfunk oder das öffentliche GSM-Netz.[36] In Vorbereitung der Einführung von ETCS wurde entlang von Neu- und Ausbaustrecken im Umfang von 3444 km ein erhöhter Funkpegel von mindestens -95 dBm (gemäß EIRENE SRS) und eine erhöhte BTS-Verfügbarkeit realisiert.[37] Über 9800 Fahrzeuge der Deutschen Bahn wurden für GSM-R umgerüstet.[37] Eigentümer und Betreiber des deutschen GSM-R-Netzes ist seit 1. Januar 2013 die DB Netz AG.

Die Kernkomponenten des GSM-R-Mobilfunknetzes (NSS) werden bis Ende 2017 auf 3GPP-Release 4 aktualisiert und die bisherige Anzahl von sieben MSC reduziert.[38] Mitte 2015 vergab die Deutsche Bahn neue Aufträge zur Modernisierung des BSS-Teils des GSM-R-Netzes. So sollen bis zum Jahr 2024 bis zu 3000 Basisstationen (BTS), Base Station Controller (BSC) und Transcoder (TRAU) ausgetauscht werden. Der Auftrag hat ein Gesamtvolumen von 200 Millionen Euro. Ein Los ging an Nokia, das zweite Los an ein Konsortium von Huawei und Siemens.[39]

In der Nacht zum 10. September 2017 wurde das neue MSC in Frankfurt am Main in Betrieb genommen;[40] am 10./11. Oktober folgten Leipzig,[41] am 12/13. November München,[42] am 8./9. Dezember 2017 Berlin[43] und am 13./14. Januar 2018 wird Stuttgart folgen[44], am 10./11. Februar Hannover[45].

Im GSM-R-Netz der Deutschen Bahn sollen laut Verzeichnis der Langsamfahrstellen mehr als tausend Stellen mit unzureichender Funkausleuchtung, von bis zu einem Kilometer Länge, bestehen.[46][47] Laut Angaben von DB Netz sei die Funkversorgung auf etwa 250 Abschnitten mit schwankender Ausdehnung, zumeist wenigen Hektometern, eingeschränkt. Die Qualität der Funkversorgung werde zur Inbetriebnahme sowie im Rahmen regelmäßiger Messfahrten, spätestens alle 24 Monate, überprüft.[36] Laut Angaben des Eisenbahn-Bundesamtes liegt die Verfügbarkeit auf dem Gesamtnetz der Deutschen Bahn bei 99 Prozent. Europaweit gefordert seien 95 Prozent.[48]

In Deutschland reserviert die Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen das 4 MHz breite UIC-Frequenzband für GSM-R:

Das UIC-Frequenzband besteht aus 19 GSM-Kanälen mit einem Kanalabstand von 200 kHz aus dem R-GSM-Frequenzband.

Zusätzlich darf in Deutschland ein 3 MHz breites Frequenzband (E-GSM-R) aus dem Bereich ER-GSM genutzt werden:

  • Uplink: 873–876 MHz[49]
  • Downlink: 918–921 MHz[49]

E-GSM-R ermöglicht die Nutzung von weiteren 15 GSM-Kanäle mit einem Kanalabstand von 200 kHz. Die Nutzung von E-GSM-R ist stark eingeschränkt[50]. Die benachbarten Funkanwendungen wie

  • der Uplink der öffentlichen Mobilfunkanbieter im E-GSM-Frequenzband (880–915 MHz)[49] oder
  • Short Range Devices (SRD) (863–870 MHz[49]) und militärische Funkanwendungen (870–873 MHz und 915–918 MHz)[49]

dürfen von E-GSM-R-Anwendungen nicht gestört werden.

Nutzung der GSM-Kanäle des UIC-Frequenzband und des ER-GSM-Frequenzband in Deutschland[51]
Kanal (ARFCN) Landesinnere D Grenzgebiet F-D-CH Grenzgebiet D-CH Bezeichnung des Frequenzband
940 GSM-R D  ?  ? ER-GSM
941 GSM-R D  ?  ? ER-GSM
942 GSM-R D  ?  ? ER-GSM
943 GSM-R D  ?  ? ER-GSM
944 GSM-R D  ?  ? ER-GSM
945 GSM-R D  ?  ? ER-GSM
946 GSM-R D  ?  ? ER-GSM
947 GSM-R D  ?  ? ER-GSM
948 GSM-R D  ?  ? ER-GSM
949 GSM-R D  ?  ? ER-GSM
950 GSM-R D  ?  ? ER-GSM
951 GSM-R D  ?  ? ER-GSM
952 GSM-R D  ?  ? ER-GSM
953 GSM-R D  ?  ? ER-GSM
954 GSM-R D  ?  ? ER-GSM
955[52] GSM-R D - - R-GSM
956 GSM-R D GSM-R F GSM-R CH R-GSM
957 GSM-R D GSM-R CH GSM-R CH R-GSM
958 GSM-R D GSM-R F GSM-R CH R-GSM
959 GSM-R D GSM-R CH GSM-R CH R-GSM
960 GSM-R D GSM-R F GSM-R D R-GSM
961 GSM-R D GSM-R F GSM-R CH R-GSM
962 GSM-R D GSM-R CH GSM-R CH R-GSM
963 GSM-R D GSM-R D GSM-R D R-GSM
964 GSM-R D GSM-R F GSM-R D R-GSM
965 GSM-R D GSM-R CH GSM-R CH R-GSM
966 GSM-R D GSM-R D GSM-R D R-GSM
967 GSM-R D GSM-R D GSM-R D R-GSM
968 GSM-R D GSM-R CH GSM-R CH R-GSM
969 GSM-R D GSM-R D GSM-R D R-GSM
970 GSM-R D GSM-R D GSM-R D R-GSM
971 GSM-R D GSM-R CH GSM-R CH R-GSM
972 GSM-R D GSM-R D GSM-R D R-GSM
973 GSM-R D GSM-R F GSM-R D R-GSM

Schweiz (Schweizer Bundesbahnen)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

GSM-R-Bedienteil für die SBB

Anfang 1999 erteilten die Schweizerischen Bundesbahnen (SBB) erstmals den Auftrag zum Aufbau und Betrieb eines GSM-R-Netzes. Die SBB gaben dabei die Versorgung einer 36 km langen Pilotstrecke, zwischen Zofingen und Sempach, in Auftrag. Die ersten Versuchsfahrten waren für die zweite Jahreshälfte 1999 geplant.[53] 2003 erteilte die SBB den Auftrag zum Aufbau und Betrieb eines GSM-R-Netzes entlang aller Hauptlinien und den wichtigsten Nebenlinien.[54] Die SBB hatten die Hauptlinien für über 430 Millionen Schweizer Franken mit GSM-R ausgerüstet.[55] Wegen vieler Einsprachen explodierten die Kosten und der Aufbau des GSM-R-Mobilfunknetzes auf zahlreichen Nebenlinien ist auch heute noch nicht fertig gestellt.[56] Der fest installierte Teil des Mobilfunk-Netzwerks wurde von Nokia Siemens Networks geliefert und bis heute betrieben. Die SBB betreiben das Schweizer GSM-R-Mobilfunknetz auf dem 4 MHz breiten UIC-Frequenzband:

  • Uplink: 876–880 MHz
  • Downlink: 921–925 MHz

Das UIC-Frequenzband besteht aus 19 GSM-Kanälen mit einem Kanalabstand von 200 kHz:

Nutzung der GSM-Kanäle des UIC-Frequenzband in der Schweiz[57]
Kanal (ARFCN) Landesinnere CH Grenzgebiet F-CH Grenzgebiet F-D-CH Grenzgebiet D-CH
955[58] GSM-R CH - - -
956 GSM-R CH GSM-R F GSM-R F GSM-R CH
957 GSM-R CH GSM-R CH GSM-R CH GSM-R CH
958 GSM-R CH GSM-R F GSM-R F GSM-R CH
959 GSM-R CH GSM-R CH GSM-R CH GSM-R CH
960 GSM-R CH GSM-R F GSM-R F GSM-R D
961 GSM-R CH GSM-R F GSM-R F GSM-R CH
962 GSM-R CH GSM-R CH GSM-R CH GSM-R CH
963 GSM-R CH GSM-R F GSM-R D GSM-R D
964 GSM-R CH GSM-R F GSM-R F GSM-R D
965 GSM-R CH GSM-R CH GSM-R CH GSM-R CH
966 GSM-R CH GSM-R F GSM-R D GSM-R D
967 GSM-R CH GSM-R CH GSM-R D GSM-R D
968 GSM-R CH GSM-R CH GSM-R CH GSM-R CH
969 GSM-R CH GSM-R F GSM-R D GSM-R D
970 GSM-R CH GSM-R CH GSM-R D GSM-R D
971 GSM-R CH GSM-R CH GSM-R CH GSM-R CH
972 GSM-R CH GSM-R CH GSM-R D GSM-R D
973 GSM-R CH GSM-R F GSM-R F GSM-R D

Der digitale Zugfunk erfolgt über das GSM-R-Mobilfunknetz. Der Rangierdienst und Baudienst nutzt ebenfalls das GSM-R-Mobilfunknetz. Weiter wird das GSM-R-Mobilfunknetz für Zugfahrten mit ETCS Level 2 benötigt. Das Zugpersonal ist mit Mobiltelefonen ausgerüstet, welche das UIC-Frequenzband nicht unterstützen und somit das GSM-R Mobilfunksignal nicht empfangen und senden können. Die Mobiltelefone des Zugpersonal werden mit GSM-R-SIM-Karten betrieben und nutzen die Kernkomponenten des GSM-R-Mobilfunknetzes (z. B. HLR), damit über bahnspezifische Programme (z. B. App und/oder SIM-Toolkit) GSM-R-Spezialfunktionen wie die Funktionsrufnummern realisiert werden können. Die Mobiltelefone des Zugpersonals verwenden dank Roaming das Mobilfunksignal von öffentlichen Mobilfunkanbietern im In- und Ausland.

Auf Schweizer Eisenbahnstrecken ohne streckenseitige ETCS-Level-2-Ausrüstung ist das GSM-R-Netz nur teilweise mit einer redundanten Base Station Controller (BSC)-Mobilfunkinfrastruktur aufgebaut. Bei einem GSM-R-Ausfall (zum Beispiel Ausfall BSC) oder fehlenden GSM-R-Mobilfunkempfang kann der Triebfahrzeugführer dank Roaming ins öffentliche GSM-Mobilfunknetz (GSM-P/GSM-Public) den digitalen Zugfunk weiterhin nutzen. Die aktuelle GSM-R-Netzabdeckung ist in den Streckentabellen RADN ersichtlich. Der GSM-R-Rolloutplan[59] bietet eine Übersicht über die GSM-R-Netzabdeckung auf den Normalspur-Eisenbahnstrecken der Schweizer Infrastrukturbetreiber. Die Angaben zur GSM-R-Netzabdeckung gelten auch für Eisenbahntunnel, dort wird die GSM-R-Mobilfunkversorgung über die Tunnelfunkanlage realisiert. Auf Normalspur-Streckenabschnitten mit fehlender GSM-R-Netzabdeckung kann die Tunnelfunkanlage fehlen. Deshalb kann bei fehlender GSM-R-Netzabdeckung insbesondere in kürzeren Normalspur-Eisenbahntunneln kein Mobilfunkempfang (GSM-R/GSM-P) vorhanden sein.

Für Zugfahrten unter der Sicherheitsverantwortung von ETCS L2 muss das GSM-R-Mobilfunknetz aus Sicherheitsgründen erhöhte Verfügbarkeit-Anforderungen genügen. Für ETCS L2 müssen alle Mobilfunkkomponenten des GSM-R-Mobilfunknetzes redundant aufgebaut sein. Die Lokomotive verfügt über zwei GSM-R-Funkmodule für den ETCS-Fahrzeugrechner (EVC). Die zentralen GSM-R-Mobilfunkinfrastrukturkomponenten des Network Switching Subsystem (NSS) sind redundant ausgelegt (z. B. MSC). Zwei BSC versorgen unabhängig voneinander den gleichen Bahnstreckenabschnitt mit GSM-R-Mobilfunkempfang.

Bei Außenversorgung von ETCS-Level-2-Strecken wird der gleiche Streckenabschnitt von mindestens einer am BSC A angeschlossenen Mobilfunkantennen (BTS) und von mindestens einer benachbarten, am BSC B angeschlossene Mobilfunkantenne (BTS) versorgt. Die am BSC A angeschlossenen Mobilfunkantennen sind unabhängig von den am BSC B angeschlossenen Mobilfunkantennen. Fällt eine Mobilfunkantenne (BTS) aus, übernehmen die benachbarten Mobilfunkantennen die Versorgung des vom Ausfall betroffenen Streckenabschnitts. Fällt ein BSC aus, stellt der zweite BSC mit seinen Mobilfunkantennen den GSM-R-Empfang auf dem gesamten Streckenabschnitt sicher. Selbst bei einem BTS- oder BSC-Ausfall muss auf ETCS L2-Strecken mit Führerstandssignalisierung bis 220 km/h ein minimaler GSM-R-Signalpegel von mindestens -95 dBm gewährleistet sein [60].

Bei Tunnelversorgung von ETCS L2-Strecken stellen in der Regel zwei voneinander völlig unabhängige Tunnelfunkanlagen die redundante GSM-R-Mobilfunkversorgung im Eisenbahntunnel sicher. In jedem Tunnelabschnitt sind jeweils zwei Strahlungskabel parallel installiert. Das erste Strahlungskabel ist an der Tunnelfunkanlage A angeschlossen. Das zweite Strahlungskabel ist an der Tunnelfunkanlage B angeschlossen. Fällt das Strahlungskabel der Tunnelfunkanlage A wegen eines technischen Defekts aus, übernimmt das Strahlungskabel der Tunnelfunkanlage B die GSM-R-Mobilfunkversorgung in diesem Tunnelabschnitt.

Um Kosten zu sparen, wurde von den europäischen Eisenbahninfrastrukturbetreibern nur eine minimale Mobilfunkinfrastruktur realisiert. Gemäss EIRENE SRS[60] ist bei optischer Signalisierung ein minimaler GSM-R-Signalpegel von -98 dBm erforderlich. Erst mit dem Einsatz einer Aussenantenne am GSM-R-Mobilfunkgerät ist in Fahrzeugen oder Wagen eine störungsfreie und qualitativ hochstehende Sprach- und Datenkommunikation auch bei einem sehr schwachen Signalpegel von -98 dBm möglich. Die fest installierten Zugfunkgeräte (CAB-Radio) und die zwei GSM-R-Funkmodule für den ETCS-Fahrzeugrechner (EVC) sind mit einer oder mehreren auf dem Wagendach installierten Aussenantenne(n) verbunden. Alle in der Schweiz eingesetzten In-Train-Repeater müssen über eine Bandsperre für das UIC-Frequenzband verfügen.[61] Bedingt durch die Bandsperre ist mit einem GSM-R-Mobiltelefon in den damit ausgestatteten Personenwagen der Mobilfunkempfang von öffentlichen Mobilfunkanbietern (GSM-P) besser als mit GSM-R.[62]

Die Swisscom wird Ende 2020 die Ausstrahlung des Mobilfunksignals der 2. Generation (GSM-P) einstellen.[63] Alle öffentlichen Schweizer Mobilfunkanbieter haben ähnliche Pläne zur Abschaltung des Mobilfunknetz der 2. Generation (GSM). Deshalb wird GSM-R sehr wahrscheinlich ab 2021 das letzte in Betrieb stehende Schweizer GSM-Mobilfunknetz sein. Bis Ende 2020 müssen alle Schweizer Normalspur-Eisenbahnstrecken mit GSM-R-Mobilfunkversorgung ausgerüstet sein. Die digitalen Zugfunkgeräte unterstützen nur das Mobilfunksignal der 2. Generation (GSM). Bei fehlendem GSM-R-Mobilfunkempfang ist ab 2021 keine Kommunikation über den digitalen Zugfunk mehr möglich. Bis dahin kann bei fehlendem GSM-R-Mobilfunkempfang dank Roaming das öffentliche GSM-Mobilfunknetz für den digitalen Zugfunk genutzt werden. Das Zugpersonal ist mit Mobiltelefonen ausgerüstet, welche das Roaming in das öffentliche Mobilfunknetz der 3. Generation (UMTS) ermöglichen.

Frankreich (Réseau ferré de France)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der damalige französische Netzbetreiber Réseau ferré de France (RFF) vergab im Frühjahr 2010 einen Vertrag zur GSM-R-Ausrüstung an das Konsortium Synerail. Bis 2015[veraltet] sollten im Rahmen des mehr als eine Milliarde Euro umfassenden PPP-Projektes rund 14.000 Streckenkilometer mit GSM-R ausgerüstet werden. Eingeschlossen war dabei der Betrieb über 15 Jahre.[64]

Weitere Anwender[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der niederländische Netzbetreiber ProRail beauftragte 1997 zunächst eine GSM-R-Machbarkeitsstudie. Ausschreibung und Vergabe folgen in den Jahren 1998 und 1999. Nach dem Aufbau des Systems war es ab Anfang 2004 einsatzfähig.[65]

Die Schnellfahrstrecke Rom–Neapel bildete die Keimzelle für das italienische GSM-R-Netz. In Italien stand zunächst nur ein eingeschränktes Band (2×2 MHz) zur Verfügung, die übrigen Frequenzen waren zunächst noch durch andere Anwendungen belegt.[66]

In Belgien wurde das GSM-R-Ausrüstungsprojekt 2003 begonnen.[67]

Ebenfalls 2003 entschied die finnische Eisenbahnbehörde Ratahallintokekus (RHK), alle Hauptbahnen mit GSM-R auszustatten.[68] Nach der GSM-R-Ausrüstung wird in Finnland nunmehr geplant, das GSM-R-Netz bis 2018 durch VIRVE, ein TETRA-basiertes Kommunikationssystem, zu ersetzen. Als Ursache werden sowohl Störungen des GSM-R-Netzes durch öffentliche GSM-Mobilfunkanbieter als auch die Schwächung des GSM-Mobilfunkempfangs in Zügen durch GSM-R genannt. Laut Angaben der finnischen Regierung seien die Kosten für den Weiterbetrieb des auszubauenden GSM-R-Netzes wesentlich höher als der Systemwechsel. Gleichzeitig soll eine EU-Entscheidung über den Nachfolger des GSM-R-Systems nicht abgewartet werden. Finnland plant, eine Ausnahme von der GSM-R-Ausrüstungspflicht bei der Europäischen Kommission zu beantragen.[21] Das neue TETRA-basierte Kommunikationssystem hat den Vorzug, durch Verwendung eines niedrigeren Frequenzbereiches eine höhere Reichweite der Basisstationen zu erzielen. Im benachbarten russischen Breitspurnetz wird das Zugbeeinflussungssystem KLUB-U eingesetzt, welches sowohl TETRA-basierten Bahnfunk benutzt als auch ERTMS-kompatibel ist, so dass sich bei gleicher Spurweite noch der Vorteil eines gemeinsamen Funkstandards ergibt.

In Zusammenarbeit mit der Firma Nortel hat Kapsch ein GSM-R-Netz in der Slowakischen Republik für die Bahn (ŽSR) aufgebaut und Anfang September 2006 in Betrieb genommen.

Auch in Slowenien baut Kapsch gemeinsam mit Iskratel bis 2015 ein GSM-R auf einer Strecke von 1200 Kilometer auf.[69]

Nokia nahm in Schweden das weltweit erstes GSM-R-Netz in Betrieb.

In China war GSM-R im Jahr 2006 auf insgesamt 2100 km Streckenlänge in Betrieb oder im Aufbau. Auf der 1142 km langen Tibet-Linie kommen 300 Basisstationen zum Einsatz, auf bis zu 5200 m Höhe.[70]

Anfang 2015 vergab der spanische Infrastrukturbetreiber ADIF einen bis 2024 laufenden 339-Millionen-Euro-Auftrag zum Betrieb, zur Instandhaltung und zur Modernisierung des GSM-R-Netzes entlang seiner Hochgeschwindigkeitsstrecken.[71][72]

Im März 2016 wurde der Auftrag zum Aufbau eines GSM-R-Netzes in Luxemburg vergeben. Das Netz soll Anfang 2017 aufgebaut sein.[73]

In Ostafrika werden eine Reihe von Strecken erwogen bzw. geplant, die einheitlich GSM-R (mit ERTMS Regional) nutzen sollen. Die 19 erwogenen Strecken befinden sich in den Ländern Burundi, Kongo, Kenia, Ruanda, Südsudan, Tansania und Uganda.[74]

Technische Probleme[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Störungen durch benachbartes UMTS/LTE-900-Mobilfunksignal[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Um Kosten zu sparen, wurde von den europäischen Eisenbahninfrastrukturbetreibern nur eine minimale Mobilfunkinfrastruktur realisiert. Die Mobilfunkinfrastruktur wurde meistens so ausgelegt, dass beim Ausfall einer Mobilfunkstation (BTS) die Signalstärke des durch das Zugfunkgerät empfangenen GSM-R-Mobilfunksignals auf dem betroffenen Streckenabschnitt mindestens -98 dBm beträgt. Die GSM-R-Spezifikation EIRENE SRS Version 15 fordert eine minimale Signalstärke von -98 dBm auf Bahnstrecken mit optischer Signalisierung und -95 dBm bei Führerstandssignalisierung (ETCS-Level-2-Strecken) bis 220 km/h.

Bis vor wenigen Jahren strahlten die europäischen Mobilfunkanbieter im benachbarten Frequenzband E-GSM nur Mobilfunksignale für GSM aus. Seit einigen Jahren dürfen die europäischen Mobilfunkanbieter im E-GSM-Frequenzband auch breitbandige UMTS- oder LTE-Signale ausstrahlen (UMTS 900/LTE 900). Das benachbarte UMTS/LTE-900-Mobilfunksignal kann im Empfänger zu einer Intermodulation 3. Ordnung führen. Dabei mischen sich an Nichtlinearitäten im Empfängerzweig die beiden Nutzsignale und es entsteht als Mischprodukt unter anderem , was wiederum in den Empfangsbereich des Zugfunkgerätes fällt. Faktisch können also die beiden Nutzsignale nicht als Störer bezeichnet werden. Die Störungen treten insbesondere beim Befahren von schlecht mit GSM-R versorgten Eisenbahnstreckenabschnitten auf, wo sich UMTS- oder LTE-Mobilfunkantennen von Mobilfunkanbietern befinden, welche mit großer Leistung senden,[75][76][77][78] wodurch auch das Intermodulationsprodukt 3. Ordnung einen hohen Signalpegel an den Empfänger liefert. Durch das breitbandige UMTS/LTE-Nutzsignal ist auch das Mischprodukt breitbandig.

In Schweden musste das GSM-R-Mobilfunknetz wegen der Störungen von benachbarten UMTS-/LTE 900-Mobilfunksignalen für über 15 Millionen Euro mit zahlreichen neuen Mobilfunkantennen aufgerüstet werden. Damit werden die Signalpegel soweit angehoben, dass die geforderte redundante Anbindung an die GSM-R-Mobilfunkversorgung weiterhin gewährleistet ist.[79] Die minimale Signalstärke des Schwedischen GSM-R-Mobilfunknetzes musste wegen der Breitbandstörungen von -95 dBm auf -83 dBm verbessert werden.

Möglichkeiten zur Vermeidung des Problems sind

  • Absprachen mit den Betreibern der öffentlichen Mobilfunknetze
    • über einen Frequenzwechsel, sodass das Mischprodukt nicht mehr in den GSM-R-Frequenzbereich fällt
    • eine Reduzierung der Sendeleistung, sodass das Mischprodukt einen geringeren Signalpegel an den Empfänger liefert
  • Vorschalten eines auf den GSM-R-Frequenzbereich abgestimmten Filters vor das Zugfunkgerät
  • priorisierte Nutzung des E-GSM-Bandes mit LTE-R in Störgebieten und dadurch Umgehung der Störungen im GSM-Bereich

Laut eines Fachartikels traten diese Probleme in der Schweiz praktisch nicht auf. Als Gründe werden besondere rechtliche Vorschriften und die Struktur des GSM-R-Netzes genannt.[80]

Seit 2016 sind mit der Einführung von GSM-R Baseline 1 die Verwendung von Filtern verbindlich vorgeschrieben.

Unterstützung eines paketorientierten Datendienstes für ETCS Level 2[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die technische Entwicklung von GSM als Sprachdienst legte wenig Bedeutung auf die Nutzung als Medium zur Datenübertragung. Mit Überraschung wurde deshalb nach Einführung festgestellt, dass der Short Message Service (SMS) sehr beliebt wurde. Diesem Dienst fehlen aber für den kommerziellen Betrieb wichtige Eigenschaften wie eine Quittungslogik. Da seit Ende der 1980er Jahre die Digitalisierung des Telefonnetzes im Asynchronous Transfer Mode (ATM) vorgenommen wurde und dieser auch das Rückgrat der digitalen Mobilfunktechnik war, fand man auch eine entsprechende Datenübertragungstechnik in Form eines verbindungsbasierten Datendienstes (CSD). Dieser war so zuverlässig, dass man ihn in der EIRENE-Spezifikation für die Benutzung in sicherheitskritischen Eisenbahnanwendungen erlaubte. Bei CSD wird dauerhaft die Verbindung in einem Kanal gehalten, unabhängig von übertragenen Daten. CSD hat jedoch die Eigenschaft eines langsamen Verbindungsaufbaues, vorausgesetzt ein freier Kanal ist vorhanden. Deshalb kann man nicht bei Bedarf mit notwendiger Zuverlässigkeit die Verbindung aufbauen. Durch die notwendige Dauerverbindung des Triebfahrzeuges mit dem GSM-Netz ergibt sich eine Begrenzung durch die maximal gleichzeitigen Verbindungen mit der Mobilfunkbasis. Was in den Anfängen der ETCS-Entwicklung noch nicht absehbar war, ist der Engpass bei den für ETCS Level 2 erforderlichen GSM-R-Funkkanalkapazitäten im Bereich von Rangierbahnhöfen und Eisenbahnknoten. Bei den normalen Mobilfunknetzen wurde das Problem der ineffizienten Datenübertragung durch einen verbesserten, paketorientierten Datendienst EDGE gelöst. Darauf aufbauend konnte der paketorientierte Datendienst (PSD) für ETCS Level 2 entwickelt werden. Dieser ist Bestandteil der Spezifikation GSM-R Baseline 1.

In Europa kann praktisch nur das UIC-Frequenzband für GSM-R genutzt werden:

  • Uplink: 876–880 MHz
  • Downlink: 921–925 MHz
  • ARFCN: 955–973

Das UIC-Frequenzband besteht aus 19 GSM-Kanälen mit einem Kanalabstand von 200 kHz. Bei der Frequenzplanung wird in der Regel für 2 GSM-Kanäle mit 15 Verkehrskanälen (TCH) und einem Steuerkanal (Control Channel) gerechnet. Jeder am Radio Block Centre (RBC) angemeldete Zug beansprucht bei CSD einen ganzen Verkehrskanal (Full Rate) für sich mit der Datenübertragungsrate von 4,8 kBit/s (TCH/F4.8). 2 GSM-Kanäle bieten die Kapazität für maximal 15 Züge an. Durch die Redundanz-Anforderungen und die überlagerten Funkzellen schrumpft die reale Funkkanalkapazität von GSM-R auch bei einfacher, linienförmiger Streckenführung stark zusammen. Feldversuche zeigten, dass sich beim Einsatz des paketorientierten Datendienstes (PSD) für ETCS Level 2 an Stelle des CSD die Zugkapazität pro Funkzelle um den Faktor:

erhöht. Die technische Herausforderung bei der Realisierung eines paketorientierten Datendienstes für ETCS Level 2 ist die Erfüllung aller QoS-Anforderungen. Diese sind im UNISIG-Subset 093[81] definiert.

Insbesondere die Erfüllung der Anforderung "maximale Ende-zu-Ende Übertragungszeit" ist bei einem paketorientierten Datendienst deutlich schwieriger als bei einem verbindungsbasierten Datendienst. Mit dieser Anforderung wird festgelegt, um wie viele Millisekunden die Übertragung eines ETCS-Telegrammes vom Absender zum Empfänger durch das Mobilfunknetz höchstens verzögert werden darf. Die Anforderung an die maximale Paketübertragungszeit durch die Übertragungskette ist zum Beispiel sicherheitskritisch bei extern ausgelösten Notbremsungen (durch ortsfest installierte Sicherungsanlage oder den Fahrdienstleiter) von Fahrzeugen. Je schneller die Notbremsung des Fahrzeugs ausgelöst werden kann, desto kürzer ist der Bremsweg.

PSD ist ein Best-Effort-Dienst: Datenpakete können nur versendet werden, wenn die Luftschnittstelle freie Übertragungskapazität hat. In einem störungsfreien, nicht überlasteten GPRS-Mobilfunknetz wird ein Datenpaket mit 32 Byte Nutzdaten in weniger als 100 Millisekunden vom Sender zum Empfänger übertragen. Wird das Mobilfunknetz durch ein zu hohes Datenverkehrsaufkommen überlastet, stauen sich die Datenpakete in der Sendeelektronik-Warteschlange. Bei Überlast erreicht das gleiche Datenpaket den Empfänger erst nach über 1000 Millisekunden. Im schlimmsten Fall wird das Datenpaket von der Sendeelektronik nicht versendet (verworfen), da die Sendewarteschlange zu lang ist. Damit die zeitkritischen ETCS-Datenpakete mit PSD möglichst unverzögert übertragen werden, müssen die Mobilfunknetzbetreiber genügend Übertragungskapazitäten bereitstellen und in der Sendeelektronik sind QoS-Mechanismen zu implementieren.

Bei der bis 2021 vorgesehenen ETCS-Ausrüstung Dänemarks kommt GPRS in Gebieten mit hohem Verkaufsaufkommen zum Einsatz.[80]

Zukunft[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

GSM-R basiert auf GSM, einem Mobilfunkstandard der zweiten Generation (2G). Für bahnspezifische Anwendungen wird UMTS als ein Mobilfunkstandard der dritten Generation (3G) nicht eingesetzt.

Die meisten GSM-R-Mobilfunknetze werden fortlaufend modernisiert und erlauben bereits die Nutzung von paketorientierten Datendiensten über die Erweiterung GPRS oder EDGE. Unterstützt das GSM-R-Mobilfunknetz die Erweiterung GPRS, ist die Rede von einem Mobilfunknetz der zweieinhalbten Generation (2.5G). Viele in Betrieb stehenden GSM-R-Mobilfunknetze sind bereits auf den Standard 3GPP Release 4 aktualisiert worden.[82] Bei 3GPP Release 4 sind die Kernkomponenten des GSM-R-Mobilfunknetzes (z. B. NSS und GPRS-Kernkomponenten) redundant vorgesehen und werden dann an geographisch unterschiedlichen Standorten aufgebaut.

Ein 3GPP-Release-4-Mobilfunknetz ist ein Zwischenschritt zum All-IP-Netzwerk. Im All-IP-Netzwerk sind alle fest installierten Komponenten des GSM-R-Mobilfunknetz über ein IP-Netzwerk miteinander verbunden.[83] Im Endausbau sind auch Dritt- und Nachbarsysteme (z. B. RBC) über ein IP-Netzwerk mit dem GSM-R-Mobilfunknetz verbunden.[84] Bei der Modernisierung der GSM-R-Mobilfunknetze wird meistens direkt auf All-IP-Netze umgerüstet, womit eine spätere Migration zu LTE-R auf den geänderten funktechnischen Bereich (Zugangsnetz) reduziert wird.[85][86]

LTE-R[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die nutzbaren Mobilfunkfrequenzen sind ein kostbares Gut. Durch die fortlaufende Weiterentwicklung der Mobilfunktechnologie können die vorhandenen Mobilfunkfrequenzen effizienter genutzt werden kann, da die spektrale Effizienz verbessert wird. Long Term Evolution (LTE) ist ein Mobilfunkstandard der vierten Generation (4G, 3GPP Release 8). LTE nutzt ein Mobilfunkfrequenzband um den Faktor 15 besser als EDGE.[87] Es ist strukturell ein All-IP-Netz. Die bahnspezifische Anpassung von LTE wird als LTE-R bezeichnet. Sie wird im Projekt FRMCS (Future Railway Mobile Communication System) definiert und spezifiziert.[88] Die dritte World Conference on Rail Transport Telecoms vom 17. und 18.Mai 2017 war dem Übergang vom GSM-R zum FRMCS gewidmet.[89]

LTE-R erfüllt die ETCS-Anforderung „Maximum end-to-end transfer delay“ an PSD besser als GSM-R mit GPRS/EDGE. In einem störungsfreien, nicht überlasteten LTE-Mobilfunknetz wird ein Datenpaket mit 32 Byte Nutzdaten in weniger als 25 Millisekunden vom Sender zum Empfänger übertragen. LTE-R ist außerhalb Europas bereits im aktiven betrieblichen Einsatz und löst sowohl bisherige analoge als auch GSM-basierte Bahnkommunikation ab.[90] Die bereits bevorstehende Abschaltung der GSM-Mobilfunknetze (Schweiz ab 2020) wird die Unterhaltskosten für die GSM-R-Komponenten stark erhöhen und damit auch die Migration auf die nächsten Funktechniken beschleunigen. Während die bereits unter GSM-R einzuführenden PSD die Migration zu ALL-IP-Netzen befördern, sind diese Datennetze qualitativ bei den nächsten technischen Entwicklungen stabil. Demgegenüber ist durch langsame institutionelle Abstimmung nicht sicher, ob seitens der EU ein Rollout der LTE-basierten Funktechniken oder der bereits verfügbaren 5G-Funktechnik

In Europa wird in Zukunft voraussichtlich das LTE-R-Mobilfunksignal mit einer Bandbreite von 1,4 MHz im UIC-Frequenzband:

  • Uplink: 876–880 MHz
  • Downlink: 921–925 MHz

von den Mobilfunkantennen der europäischen Bahninfrastrukturbetreiber ausgestrahlt.[91] Solange auf den europäischen Bahnstrecken LTE-R-untaugliche Fahrzeuge fahren, müssen die europäischen Bahninfrastrukturbetreiber im UIC-Frequenzband die gleichzeitige Versorgung mit GSM-R und LTE-R sicher stellen. Erst wenn alle Fahrzeuge kompatibel zu LTE-R sind, kann der Bahninfrastrukturbetreiber das GSM-R-Mobilfunknetz abschalten. Wird kein GSM-R-Mobilfunksignal mehr ausgestrahlt, kann die Bandbreite des LTE-R-Mobilfunksignal von 1,4 MHz auf 3 MHz erhöht werden.

Bilder[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: GSM-R – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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  1. What is ERTMS? (Englisch, HTML; 38 KB) 20. April 2009. Abgerufen am 6. Dezember 2017.
  2. UIC Project EIRENE – Functional Requirements Specification Version 7 (Englisch, PDF; 370 KB) 17. Mai 2006. Abgerufen am 27. Dezember 2009.
  3. a b UIC Project EIRENE – System Requirements Specification Version 15 (Englisch, PDF; 903 KB) 17. Mai 2006. Abgerufen am 27. Dezember 2009.
  4. GSM-R Procurement Guide (Englisch, PDF; 1,75 MB) 1. Februar 2007. Abgerufen am 27. Dezember 2009.
  5. UIC REFERENCE A 11 T 6001 12: Radio Transmission FFFIS for EuroRadio
  6. EIRENE System Requirements Specificationm Version 16.0.0, Kapitel 9
  7. UIC Project EIRENE – Functional Requirements Specification Version 7, Kap. 5.4.7
  8. MORANE I 13/3 T 6001 2: FFFIS for DIRECT MODE (Memento vom 12. Januar 2004 im Internet Archive)
  9. a b Albert Bindinger: Perspektiven für eine Leistungssteigerung im Eisenbahnbetrieb durch moderne Betriebsleittechnik. In: Die Deutsche Bahn. Band 68, Nr. 7, 1992, ISSN 0007-5876, S. 730–735.
  10. Eduard Murr: Funktionale Weiterentwicklung der Linienzugbeeinflussung (LZB). In: Die Deutsche Bahn. Band 68, Nr. 7, 1992, ISSN 0007-5876, S. 743–746.
  11. a b Michael Zeilhofer, Karl Schweigstetter: DIBMOF und DEUFRAKO-M. In: Die Deutsche Bahn. Band 68, Nr. 7, 1992, ISSN 0007-5876, S. 747–751.
  12. GSM-R Herausforderung und Zukunft des digitalen Funks. In: Deine Bahn, Ausgabe 3/2006.
  13. Deine Bahn – GSM-R Basispaket installiert (nur mit Premium-Abo abrufbar, Dateien maximal 36 Monate verfügbar) (Memento vom 2. April 2009 im Internet Archive)
  14. Meldung EIRENE genehmigt. In: Eisenbahn-Revue International, Heft 9, 1998, ISSN 1421-2811, S. 380.
  15. Chris Jackson: ERTMS moves on: 'there is no way back'. In: Railway Gazette International. Band 163, Nr. 10, 2007, ISSN 0373-5346, S. 608 f.
  16. Signalling TSI revised. In: railwaygazette.com. 12. Februar 2016; abgerufen am 30. April 2016.
  17. VERORDNUNG (EU) 2016/919 DER KOMMISSION vom 27. Mai 2016 über die technische Spezifikation für die Interoperabilität der Teilsysteme „Zugsteuerung, Zugsicherung und Signalgebung“ des Eisenbahnsystems in der Europäischen Union (Text von Bedeutung für den EWR). Europäische Kommission, 15. Juni 2016; abgerufen am 15. Juni 2016 (PDF).
  18. UIC, GSM-R Implementation planning and progress map (Memento vom 14. Oktober 2007 im Internet Archive)
  19. Atlas of ERTMS Worldwide Implementation 2009; Stand April 2009. Erhältlich über (Abgerufen: 27. Dezember 2009)
  20. Kapsch CarrierCom erobert afrikanischen Markt: GSM-R Großprojekt in Algerien (German) 12. April 2011. Abgerufen am 15. April 2011.
  21. a b Finland to abandon GSM-R. In: Railway Gazette International. Band 171, Nr. 2, 2015, ISSN 0373-5346, S. 10 (unter anderem Titel online).
  22. Jeremaya Goldberg: Israel Railways to equip network with GSM-R. In: railjournal.com. 25. Juli 2016; abgerufen am 31. Juli 2016 (englisch).
  23. Alain Hocke: Building Africa's first LGV. In: Railway Gazette International. Band 168, Nr. 6, 2012, ISSN 0373-5346, S. 35 ff.
  24. Roman Herunter, Gerhard Fritze: Die EU-Prüfung des GSM-R-Netzes der ÖBB-Infrastruktur AG entsprechend der TSI ZZS. In: Signal + Draht. Band 108, Nr. 6, 2015, ISSN 0037-4997, S. 40–47.
  25. PKP PLK selects 3 final bids for GSM-R implementation on more than 13,000 km of railways. In: railwaypro.com. 27. September 2017; abgerufen am 7. Oktober 2017.
  26. Keith Barrow: Trafikverket reveals 2018-2029 national infrastructure plan. In: railjournal.com. 13. September 2017; abgerufen am 7. Oktober 2017.
  27. Nick Kingsley: Bringing Prasa into the wireless control era. In: Railway Gazette International. Band 170, Nr. 9, 2014, ISSN 0373-5346, S. 110–112.
  28. Pressemeldung von Nokia Siemens Networks: Deutsche Bahn AG erteilt NSN Auftrag zur Erweiterung des GSM-R Netzes der Bahn (Memento vom 14. Mai 2012 im Internet Archive)
  29. Claus Kandels, Klaus-Dieter Wittenberg: Die Einführung von GSM-R bei der DB Netz AG – GSM-R als technisches Netzzugangskriterium. In: Eisenbahn-Revue International, Heft 8–9/2004, ISSN 1421-2811, S. 345–348.
  30. DB AG startet Versuche mit ETCS-Level 2. In: Eisenbahn-Revue International, Heft 4/2002, ISSN 1421-2811, S. 186–189.
  31. a b Klaus Burkhardt, Jürgen Eisemann: Technischer Netzbetrieb GSM-R. In: Signal + Draht. Band 97, Nr. 7+8, 2005, ISSN 0037-4997, S. 12–16.
  32. Meldung DB AG: Aufbau eines der größten digitalen Mobilfunknetze für den Bahnbetrieb. In: Eisenbahntechnische Rundschau. 1999, Nr. 11, 1999, S. 765.
  33. Meldung Aufnahme des ERTMS-Testbetriebs. In: Eisenbahn-Revue International, Heft 5/2001, ISSN 1421-2811, S. 197.
  34. Martin Henke: GSM-R als Netzzugangskriterium. In: Eisenbahn-Revue International, Heft 8–9/2004, ISSN 1421-2811, S. 348.
  35. GSM-R: Neue Welt des Rangierfunks. In: DB Welt, Ausgabe April 2010, S. 10
  36. a b Deutscher Bundestag (Hrsg.): Zugfunksystem GSM-R auf den Schienenwegen des Bundes. Antwort der Bundesregierung auf die Kleine Anfrage der Abgeordneten Matthias Gastel, Stephan Kühn (Dresden), Tabea Rößner, weiterer Abgeordneter und der Fraktion BÜNDNIS 90/DIE GRÜNEN – Drucksache 18/7813 –. Band 18, Nr. 8054, 8. April 2016, ISSN 0722-8333, S. 2, 3 (PDF-Datei).
  37. a b DB Netz AG, Dr. Reiner Behnsch: GSM-R und ETCS. Überblick, Stand und Schnittstellen. Vortrag auf der 52. Eisenbahntechnischen Fachtagung des VDEI. Magdeburg, 6. September 2007
  38. D-Frankfurt am Main: Digitale Vermittlungsausrüstung. Dokument 2010/S 143-220916 vom 27. Juli 2010 im Elektronischen Amtsblatt der Europäischen Union.
  39. Erneuerung für das Netz GSM-R. In: DB Welt. Nr. 7, 2015, S. 14.
  40. GSM-R: Arbeiten am Network Switching Subsystem (NSS) im September 2017. In: fahrweg.dbnetz.com. DB Netz, Juli 2017; abgerufen am 1. Oktober 2017.
  41. GSM-R: Arbeiten am Network Switching Subsystem (NSS) im Oktober 2017. In: deutschebahn.com. DB Netz, August 2017; abgerufen am 6. Oktober 2017.
  42. Arbeiten am GSM-R Netz am 12.11.2017 im Regionalbereich Süd. In: deutschebahn.com. DB Netz, September 2017; abgerufen am 6. Oktober 2017.
  43. GSM-R: Arbeiten am Network Switching Subsystem (NSS) im Dezember 2017. In: dbnetze.com. DB Netz, Oktober 2017; abgerufen am 1. November 2017.
  44. GSM-R: Arbeiten am Network Switching Subsystem (NSS) im Januar 2018. In: dbnetze.com. Deutsche Bahn; abgerufen am 10. Dezember 2017.
  45. GSM-R: Arbeiten am Network Switching Subsystem (NSS) im Februar 2018. In: deutschebahn.com. Deutsche Bahn, 15. Dezember 2017; abgerufen am 15. Dezember 2017 (Wurde am 15. Dezember veröffentlicht).
  46. Thomas Wüpper: Interne Unterlagen beweisen Sicherheitsmängel. In: Stuttgarter Zeitung. 19. Februar 2016, S. 10 (online).
  47. Thomas Wüpper: Funklöcher beschäftigen den Staatsanwalt. In: Stuttgarter Zeitung. 20. Februar 2016, S. 11 (online).
  48. Thomas Wüpper: Bayern überprüft Funknetz der Bahn. In: Stuttgarter Zeitung. Nr. 43, 22. Februar 2016, S. 7 (unter anderem Titel online).
  49. a b c d e FREQUENZPLAN gemäß § 54 TKG über die Aufteilung des Frequenzbereichs von 0 kHz bis 3000 GHz auf die Frequenznutzungen sowie über die Festlegungen für diese Frequenznutzungen. Bundesnetzagentur, April 2016, S. 316–319; abgerufen am 25. August 2017.
  50. http://www.erodocdb.dk/Docs/doc98/official/pdf/ECCREP162.PDF
  51. http://www.uic.org/cdrom/2003/ertms_conference_2003/docs/sauthier-poutas.pdf
  52. http://www.vases.lv/files/textdoc/vienosanas/130517_LVA-RUS_GSM-R_Riga_new.pdf
  53. Meldung SBB: GSM-Netz. In: Eisenbahntechnische Rundschau. 48, Nr. 3, 1999, S. 176.
  54. Siemens Kundenmagazin „Monitor“, März 2003, Artikel "GSM-R – Montage in luftiger Höhe
  55. Kostenexplosion beim SBB-eigenen Mobilfunk-Netz (Memento vom 28. September 2007 im Internet Archive)
  56. http://www.sbb.ch/content/sbb/de/desktop/sbb-konzern/sbb-als-geschaeftspartner/zugang-zum-bahn-netz/telecom/gsm-r/_jcr_content/contentPar/downloadlist/downloadList/gsm_r_brosch_re.spooler.download.pdf
  57. http://www.uic.org/cdrom/2003/ertms_conference_2003/docs/sauthier-poutas.pdf
  58. http://www.vases.lv/files/textdoc/vienosanas/130517_LVA-RUS_GSM-R_Riga_new.pdf
  59. https://www.sbb.ch/sbb-konzern/sbb-als-geschaeftspartnerin/angebote-fuer-evus/telecom/gsm-r.html Schweizer GSM-R Rolloutplan
  60. a b EIRENE SRS - GSM-R System requirements Specification
  61. b, c, d, e,/1/-1/null/null/null/D/ProductSearch I-50079, Grenzwerte für In-Train Repeater zur Public Mobilversorgung
  62. Intrain-Repeater: Bandsperre für GSM-R
  63. https://www.swisscom.ch/content/dam/swisscom/de/about/medien/medienmitteilung/2015/20151008-MM-Swisscom-ruestet-ihr-Mobilfunknetz-fuer-die-Zukunft-DE.pdf.res/20151008-MM-Swisscom-ruestet-ihr-Mobilfunknetz-fuer-die-Zukunft-DE.pdf Swisscom-Pressemitteilung vom 8. Oktober 2015: Swisscom rüstet ihr Mobilfunknetz für die Zukunft
  64. Meldung GSM-R für Frankreich. In: Eisenbahn-Revue International, Heft 5, 2010, ISSN 1421-2811, S. 246
  65. Chiel Spaans: Migration to GSM-R in the Netherlands. In: Signal + Draht. Band 96, Nr. 4, 2004, ISSN 0037-4997, S. 33–35.
  66. Alessandro Coraiola, Marko Antscher: GSM-R network for the high speed line Rome-Naples. In: Signal + Draht. Band 92, Nr. 5, 2000, ISSN 0037-4997, S. 42–45.
  67. Amar Aouati: ERTMS/ETCS/GSM-R on the Belgian high speed lines L3 and L4. In: Signal + Draht. Band 99, Nr. 6, 2007, ISSN 0037-4997, S. 31–34.
  68. Erstes GSM-R-Netz in Finnland. In: Signal + Draht. Band 99, Nr. 12, 2007, ISSN 0037-4997, S. 38.
  69. Kapsch erhält Auftrag für GSM-R-Netz in Slowenien Pressetext von Kapsch vom 10. September 2013 abgerufen am 6. Oktober 2013
  70. Peter Winter: UIC-Konferenz zur Einführung des European Rail Traffic Management Systems. In: Eisenbahn-Revue International. Nr. 6, 2006, ISSN 1421-2811, S. 284 f.
  71. World rail infrastructure market March 2015. In: Railway Gazette International. Band 171, Nr. 3, 2015, ISSN 0373-5346, S. 18 f. (online).
  72. Nokia Networks, Siemens and Thales win 339 million euro contract for high-speed railways communications systems. In: nokia.com. Nokia, 28. Mai 2015; abgerufen am 17. Juni 2016.
  73. Kapsch CarrierCom wins Luxembourg GSM-R contract. In: railwaygazette.com. 30. März 2016; abgerufen am 8. Mai 2016 (englisch).
  74. Expansion beckons in East Africa. In: Railway Gazette International. Band 172, Nr. 6, 2016, ISSN 0373-5346, S. 30–33.
  75. http://www.cept.org/Documents/wg-fm/14435/CG-GSM-R(13)33_Presentation-measurements-Germany
  76. http://www.uic.org/IMG/pdf/o-8736-2.0.pdf
  77. http://www.triorail.com/uploads/media/WP_5th_gen_82014v2.pdf
  78. http://omnitele-com.s3.frantic.com/2011/09/Omnitele-Whitepaper_Co-existence-of-UMTS900-and-GSM-R_approved.pdf
  79. Coexistence between GSM-R and 3G/4G - Systems in the 900 MHz Frequency Band - Swedish View. In: Webseite. Trafikverket (Schwedische Transportverwaltung), 11. März 2016, S. 17-19; abgerufen am 6. Dezember 2017 (PDF; 1,3 MB, englisch).
  80. a b Frank Walenberg, Rob te Pas, Lieuwe Zigterman: Making progresses towards standardised train control. In: Railway Gazette International. Band 168, Nr. 3, 2012, ISSN 0373-5346, S. 35–38.
  81. UNISIG Subset-093 Version 2.3.0, GSM-R Interfaces Class 1 Requirements UNISIG-Anforderungen an GSM-R für ETCS
  82. Pressemitteilung: Kapsch CarrierCom führt die Deutsche Bahn in eine neue technologische Ära vom 28. Juli 2011
  83. GSM-R network modernization. Railway Solutions - Performance for a world in motion. In: nokia.com. Nokia, 24. September 2014; abgerufen am 8. Mai 2016 (PDF, englisch).
  84. GSM-R Network Evolution - ERA CCRCC Lille November 2013
  85. Solutions LTE Ground-to-Train for Railways. Nokia Networks; abgerufen am 11. Dezember 2017 (englisch).
  86. Pressemitteilung: Deutsche Bahn vergibt Auftrag zur Modernisierung des GSM-R-Netzes - Berlin, 14. Juli 2015
  87. Seite nicht mehr abrufbar, Suche in Webarchiven: @1@2Vorlage:Toter Link/www.bakom.admin.chFaktenblatt 3GPP-LTE - BAKOM
  88. http://www.uic.org/frmcs
  89. 3rd World Conference on Rail Transport Telecoms - From GSM-R To FRMCS. In: Webseite. UIC (International Union of Railways); abgerufen am 11. Dezember 2017 (englisch).
  90. Korea's First LTE-Railway Network Starts Official Service Base on Joint Efforts of Samsung and SK Telecom. In: Webseite. Samsung; abgerufen am 11. Dezember 2017 (englisch).
  91. http://www.era.europa.eu/Document-Register/Documents/LStelcom%20Coexistence%20GSM-R%20Final%20Report%20_2016-07-15.pdf