Technologie GSM-R: mobilní sítě ve službách železnice

Systém GSM používaný stamiliony lidí po celém světě a využívá se kromě hovoru k desítkám dalších účelů, od připojení k internetu až po ostrahu majetku a dálkové ovládání. Víte o tom, že systém GSM pronikl dokonce i na železnici?
Technologie GSM-R: mobilní sítě ve službách železnice

Systém GSM se jako mobilní síť pro přenos hlasu osvědčil. Důkazem budiž jeho masové rozšíření a všeobecná obliba týkající se takřka celého světa. A aby GSM nebylo málo, byl systém vybrán jako budoucí komunikační a dispečinkový systém pro sektor železniční dopravy. Verze mobilního systému GSM pro železnice se označuje GSM-R, kde přidané písmeno R znamená zkratku anglického slova Railway – železnice. Zásadních rozdílů od klasického GSM je několik.

Předesílám, že se nejedná o žádnou horkou novinku. Systém GSM-R se zrodil v roce 1993 a na svědomí jej má mezinárodní unie želzniční dopravy UIC (International Union of Railways). Technologie GSM-R spadá pod standard EIRENE (European Integrated Railway Radio Enhanced Network), který se týká evropského kontinentu a je vyvíjen ve spolupráci s evropskou standardizační autoritou ETSI. Česká republika se prostřednictvím společnosti Čeké dráhy v roce 1997 podpisem memoranda MoU EIRENE (pro úplnost - MoU znamená Memorandum of Understanding) k projektu připojila, což bylo dále potvrzeno v roce 2000 podpisem dohody o implementaci. Dohody představovaly závazek budovat na železničních tratích nová rádiová zařízení podle standardu EIRENE, tedy potažmo GSM-R. Následně se u nás v dalších letech budoval první pilotní systém GSM-R. 

Proč právě GSM

Pro výběr systému GSM jako mezinárodního systému pro komunikaci na železnicích hovořilo mnoho faktorů. Především se systém v praxi dobře a dlouhodobě osvědčil. S tím souvisí i to, že zařízení pro systém vyrábí mnoho firem, pročež jsou zařízení běžně dostupná a za rozumné náklady. To platí pro antény a elektroniku základnových stanic, řídicí jednotky a další prvky síťové infrastruktury, ale i pro samotná koncová zařízení, která sice nejsou klasickým mobilům na první pohled příliš podobná, ale technologicky jsou podobná velmi. Na několik takových „mobilů“ pro GSM-R určených pro montáž do vlaků se můžete podívat na následujících obrázcích. Na posledním obrázku v řadě je dokonce přímo kabina Pendolina, kde je telefon GSM-R s černým sluchátkem vidět na levé straně čelního panelu.

Klepněte pro větší obrázek Klepněte pro větší obrázek Klepněte pro větší obrázek
"Mobilní" telefony pro GSM-R • kokpit Pendolina s telefonem GSM-R

S letitým ostrým provozem GSM je spojeno také to, že je už vytvořeno a mnohokrát prověřeno mnoho služeb, počínaje hovory a SMS až po různé způsoby přenosu dat. Navíc jsou známé vlastnosti systému v terénu a jeho chování v různých prostředích. Všechny výše jmenované argumenty byly dostatečně silné na to, aby převážily několik víceméně drobných nevýhod GSM, k nimž patří vysoká složitost systému a pomalé sestavování spojení a také nepříliš vysoká spolehlivost. Vzpomeňme si, kolikrát vypadne signál při hovoru za jízdy autem, o přenosu dat ani nemluvě. Samozřejmě pokud ale systém porovnáme se stávajícími, převážně analogovými systémy, je rozdíl přímo propastný,a to i v kvalitě hovorového signálu. Další předností GSM je jeho flexibilita při zavádění nových služeb a díky datovým technologiím a digitálnímu charakteru také snadno řešitelná spolupráce s jinými sítěmi. Pro uplatnění systému GSM v prostředí železniční dopravy, jež je z hlediska spolehlivosti komunikace velmi choulostivé, bylo potřeba původní systém náležitě upravit.

Co je tu jinak

Rozdílů mezi klasickým GSM a GSM-R není tolik a většina z nich se týká právě bezpečnosti a spolehlivosti. Základní princip a vlastnosti systému zůstávají stejné. Jeden z velkých rozdílů tkví ve způsobu pokrytí daného území. Na rozdíl od klasického GSM se základnové stanice GSM-R snaží pokrýt jen omezené území v těsném okolí trati, a to co nejdůsledněji bez hluchých míst. Kvůli tomu jsou pro buňky GSM-R typické velké vzájemné překryvy dosahující až polovinu plochy buňky, které by u běžného plošného GSM byly neefektivní. To kvůli tomu, aby byla mobilní stanice obsloužena opravdu spolehlivě a v každém místě. Pokrytí se týká samozřejmě i tunelů, mostů a mnohdy komplikovaných úseků trati mezi kopci a skalami.

Klepněte pro větší obrázek Klepněte pro větší obrázek Klepněte pro větší obrázek
Ještě další telefony pro GSM-R

Vzhledem k tomu, že hustota uživatelů GSM-R nebude tak vysoká, mohou být buňky značně rozlehlé, přesněji řečeno dlouhé a úzké. Používá se tedy směrových anténa na velmi vysokých stožárech. Ukázky základnových stanic jsou na obrázcích. Na dalších obrázcích jsou také antény aerodynamického tvaru na vlakoých soupravách. Způsob pokrytí souvisí i s úpravami systému GSM pro vyšší rychlosti pohybu mobilních stanic. Systém GSM-R zvládá i rychlosti přes 350 km/h, zatímco klasické GSM je navrženo do 250 km/h. Dovolím si rýpnout, že u nás by z tohoto pohledu běžné GSM ještě nějaký ten rok pohodlně stačilo, ale GSM-R se týká celé Evropy a v Německu nebo Francii se po železnici jezdí rychlostmi až přes 300 km/h.  

Klepněte pro větší obrázek Klepněte pro větší obrázek Klepněte pro větší obrázek Klepněte pro větší obrázek
Základnové stanice pro železniční GSM (zdroj gsmweb.cz)

Další rozdíly jsou v nabídce služeb. Systém GSM-R dovoluje právě pro účely dispečinku nastavovaní stupňů priority sestavovaných spojení, což znamená, že některé typy hovorů jsou důležitější než jiné a mají přednost před těmi méně důležitými. Jak víme, u běžného GSM jsou si všichni uživatelé při běžných hovorech rovni a kdo dřív přijde, ten dřív mele. Další službou jsou skupinová spojení, kdy je možné spojení s celou předem definovanou skupinou uživatelů. To jsou vlastnosti převzaté z hromadných rádiových systémů, jako je třeba TETRA.

Klepněte pro větší obrázek Klepněte pro větší obrázek Klepněte pro větší obrázek Klepněte pro větší obrázek
Anténní systémy pro GSM-R (zdroj gsmweb.cz)

A v neposlední řadě je u GSM-R rozdíl i v použitých kmitočtech. Pro železiční GSM jsou vyhrazena pásma pod intervaly pro klasiké GSM, konkrétně 876 - 880 MHz pro uplink a 921 - 925 MHz pro downlink. Šířka kanálů i další vlastnosti jsou stejné s GSM.

Otestujeme a uvidíme

V České Republice byla v rámci pilotního projektu pokryta první část železničního koridoru Děčín – Praha – Kolín. Stavbu, během níž se vybudovalo 37 základnových stanic na délce přes 200 km železničních tratí, zajišťovala společnost Kapsch Telecom. Nyní se systém testuje a zavádí se do postupně do zbylých tří hlavní koridorů, což by mělo být dokončeno do roku 2010 a postupně se předběžně počítá i s pokrytím dalších frekventovaných tras. To je ale vzhledem k nákladům na budování hudba budoucnosti, minimálně v horizontu deseti let. Naprosto stejný systém jako u nás se buduje nebo již plně funguje ve většině vyspělých Evropských zemí, což významně napomáhá komunikaci při mezinárodní přepravě. Navíc systém GSM jako takový má spoustu výhod, pokud jde o služby. Je ale třeba tyto služby využívat, protože je systém provozně i investičně výrazně nákladnější, než stávající drážní radiokomunikační technologie.

Klepněte pro větší obrázek Klepněte pro větší obrázek Klepněte pro větší obrázek 
Střešní anténa ve tvaru žraločí ploutve • anténa přímo na střeše souprav  

Témata článku: Ostatní, Mobilní sítě, Mobil, GSM, Tetra

Určitě si přečtěte