CZĘŚĆ 2. ŁĄCZNOŚĆ Z POCIĄGAMI

Od kilku lat w Europie wprowadzany jest Europejski System Zarządzania Ruchem Kolejowym (European Rail Traffic Management System, ERTMS). ERTMS ma zapewnić interoperacyjność transportu kolejowego na różnych poziomach, od taboru, przez infrastrukturę (tory), zasilanie (sieć trakcyjną), systemy: sterowania, nadzoru nad pracą maszynistów i łączności, po przepisy regulujące ruch pociągów. Dzięki systemowi ERTMS europejska kolej ma się stać równocześnie szybsza oraz bezpieczniejsza, zaś przekraczanie granic pomiędzy państwami - swobodniejsze.

Europejski System Zarządzania Ruchem Kolejowym składa się z dwóch elementów. Są to: Europejski System Sterowania Pociągiem (European Train Control System, ETCS) i system łączności GSM-R (GSM-Railways).

Projektowanie sieci GSM-R Rys. 3. Komórki w sieci GSM Podczas projektowania sieci GSM-R niezwykle istotne jest, aby nie wpaść w pułapkę, która polega na przyjęciu ściśle takich samych założeń oraz stosowaniu się do takich samych zasad, jak w projektowaniu "zwykłych" sieci GSM. Nie powinno się tak postępować z powodu różnic występujących między tymi systemami łączności wynikających z odmienności ich zastosowań. Przede wszystkim, ponieważ za pośrednictwem kolejowych sieci GSM nawiązywana jest łączność z pociągami, powinno się uwzględnić wpływ, jaki na strukturę oraz organizację sieci komórkowej wywiera specyfika transportu kolejowego. W sieciach telefonii komórkowej GSM pokrycie zasięgiem sieci określonego obszaru jest uzyskiwane przez jego podzielenie na mniejsze, zachodzące na siebie na obrzeżach, komórki. Łącznością w ich obrębie zarządza stacja bazowa. Częstotliwości używane przez stacje przekaźnikowe, które obsługują sąsiadujące ze sobą komórki, różnią się. Zapobiega to interferencjom fal radiowych. Kształt i rozmieszczenie komórek w sieciach GSM zostały przedstawione na rysunku 3. Symbolicznie, różnymi literami, zaznaczono na nim różne częstotliwości. Komórki sieci GSM-R tymczasem mają kształt podłużny, a układają się liniowo, co zostało zobrazowane na rys. 4. Ma to swoje konsekwencje. Niezawodność transmisji jest priorytetem Na przykład dzięki temu nie jest wielkim problemem fakt, że operatorzy sieci GSM- R mają do dyspozycji węższe pasmo częstotliwości niż operatorzy sieci komercyjnych. Komórki w układzie liniowym na większości tras kolejowych nie sąsiadują bowiem ze sobą, w związku z czym nie występuje problem interferencji fal radiowych. Ze zjawiskiem tym trzeba się liczyć dopiero w miejscach, w których zbiega się wiele linii kolejowych. Przy tej okazji należy koniecznie wspomnieć o tym, że wymagania odnośnie do niezawodności transmisji w sieciach GSM-R są nieporównywalnie większe niż w przypadku sieci GSM. Jeżeli bowiem podczas "zwykłej" rozmowy przez telefon komórkowy jakość transmisji się obniży lub łączność na chwilę zostanie przerwana, raczej, wyłączając sytuacje specyficzne, jak rozmowa ze służbami ratunkowymi, życie żadnego z rozmówców nie będzie wtedy zagrożone. W przypadku sieci GSM-R tymczasem, utrata łączności nawet na odcinku kilku metrów może mieć katastrofalne skutki. Rozdzielczość map, badania w terenie Rys. 4. Komórki w sieci GSM-R Na sukces projektu kolejowej sieci GSM składa się wiele czynników. Na przykład, żeby możliwie jak najprecyzyjniej odwzorować warunki otoczenia, w tym różne przeszkody terenowe, które mogą zaburzać propagację fal radiowych, powinno się korzystać z jak najdokładniejszych map terenu. W tym miejscu warto zauważyć, że w związku z oczekiwanym poziomem niezawodności łączności w sieciach GSM-R, mapy o rozdzielczości rzędu kilkudziesięciu metrów są uznawane za zbyt mało precyzyjne. Przyjmuje się, że dopiero te o rozdzielczości kilku metrów mogą dostarczyć informacji o topografii terenu na wymaganym poziomie szczegółowości. Oczywiście można korzystać z map mniej dokładnych. Wówczas jednak w bilansie łącza radiowego trzeba założyć duży margines bezpieczeństwa. To z kolei pociąga za sobą nadmiarowość w zakresie liczby oraz parametrów urządzeń sieciowych. Z nią zaś wiążą się większe koszty. Modele komputerowe weryfikuje się w terenie. W tym celu bada się parametry transmisji testowych sieci GSM-R za pomocą aparatury pomiarowej przewożonej testowymi pociągami po testowych trasach. W porównaniu do sprawdzeń w terenie sieci GSM, ważną różnicą, która ma wpływ na procedury, analizę wyników i optymalizację projektu sieci GSM-R, jest duża szybkość, z jaką poruszają się pociągi w porównaniu do użytkowników sieci komercyjnej telefonii komórkowej.

GSM-R - KRÓTKA CHARAKTERYSTYKA I PROJEKTOWANIE

Za pośrednictwem sieci GSM-R, tak jak w "zwykłych" sieciach GSM, można przesyłać głos, dane oraz wiadomości tekstowe. Oprócz tego na potrzeby kolei ich funkcjonalność uzupełniono o m.in.: możliwość nawiązania połączenia z konkretnym pociągiem, wywołania w oparciu o lokalizację, co w praktyce oznacza, że z danego pociągu można się połączyć bezpośrednio z aktualnie najbliższym dyspozytorem ruchu oraz wywołania grupowego.

Na terenie Unii Europejskiej pasmo, z którego można korzystać w sieciach GSM-R, obejmuje zakres częstotliwości od 876 do 880 MHz w przypadku łącza uplink oraz 921÷925 MHz w przypadku łącza "w dół". Odstęp międzykanałowy wynosi 200 kHz. Stosowana jest modulacja GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) oraz technika TDMA (Time Division Multiple Access).

Podczas projektowania sieci GSM-R niezwykle istotne jest, aby nie wpaść w pułapkę, która polega na przyjęciu ściśle takich samych założeń oraz stosowaniu się do takich samych zasad, jak w projektowaniu "zwykłych" sieci GSM. Nie powinno się tak postępować z powodu różnic występujących między tymi systemami łączności wynikających z odmienności ich zastosowań. Szerzej specyfikę sieci GSM-R oraz jej wpływ na proces ich planowania przedstawiamy w ramce.

GSM-R ZMIENIŁ KOLEJ

Wprowadzenie tytułowego systemu kompletnie odmieniło kolejowy segment telekomunikacji w Europie. Pod koniec zeszłego stulecia zastąpił on bowiem łącznie 35 niezależnych analogowych systemów łączności, z których korzystały koleje na naszym kontynencie.

Dzięki temu nie tylko zapoczątkował on erę cyfrową na kolei, ale po raz pierwszy w historii zapewnił jej międzynarodową interoperacyjność, poprawił funkcjonalność i bezpieczeństwo. O sukcesie w zakresie jego wdrożenia, nie tylko w Europie, najlepiej świadczy fakt, że w minionym roku za pośrednictwem sieci GSM-R pociągi komunikowały się na liniach o łącznej długości ponad 100 tys. km, w 60 krajach na świecie, na 5 kontynentach.

Prawdopodobnie w kolejnych latach, zarówno w nowych projektach, jak i w przypadku istniejącej infrastruktury kolejowej, GSM-R pozostanie preferowanym standardem łączności. Główną tego przyczyną, pomimo szybkiego postępu w dziedzinie komercyjnych technologii łączności, będzie... brak alternatywy.

CO PRZYNIESIE PRZYSZŁOŚĆ?

Wraz z upływem lat starzenie się sieci telefonii komórkowej drugiej generacji będzie jednak coraz bardziej odczuwalne w zestawieniu z możliwościami sieci 4G i 5G, zaś dorównanie im - coraz trudniejsze i droższe. Operatorzy kolejowi w końcu będą musieli zastąpić istniejące sieci 2G nowszymi.

Prace nad nowym systemem łączności dla kolei, który miałby zacząć zastępować sieci GSM-R około 2021-2022 roku, już się rozpoczęły. Jak się jednak okazuje, nadal jest wiele niejasności w zakresie technologii, na jakiej nowy system miałby się opierać.

Pierwszym kandydatem wydają się sieci 4G LTE. Z drugiej jednak strony pojawiają się wątpliwości odnośnie do tego, czy warto inwestować w tę technologię w obliczu rozwoju sieci 5G, które mają być dostępne pod koniec dekady, zwłaszcza jeżeli weźmie się pod uwagę fakt, że około 2030 roku sieci LTE będą już przestarzałe, a właśnie do tego roku operatorzy kolejowi zobowiązali się utrzymywać sieci GSM-R.