GSM-R — новый стандарт радиосвязи для железных дорог Европы

Р. САРФАТИ (R. Sarfati)

GSM-R — новый стандарт радиосвязи для железных дорог Европы

Промышленность средств связи и европейские железные дороги разработали в рамках консорциума MORANE систему нового поколения для радиосвязи с подвижными объектами. Система, получившая название GSM-R, построена на основе международного стандарта сотовой радиосвязи GSM и использует единый в европейском масштабе диапазон частот. Система GSM-R обеспечивает все функции общедоступных сетей радиосвязи GSM и обладает рядом дополнительных свойств, необходимых для учета специфики железнодорожного транспорта.

Новая цифровая система представляет собой действенную альтернативу не только применявшимся прежде и в большинстве случаев устаревшим сетям аналоговой радиосвязи железных дорог, но и цифровым транкинговым системам, таким, как TETRA.

В настоящее время система GSM-R находится на этапе внедрения на большинстве европейских железных дорог, а на железных дорогах Швеции — уже в постоянной эксплуатации.

История проекта

В 1992 г. МСЖД приступил к реализации проекта EIRENE. В это время большинство железных дорог встали перед необходимостью модернизации своих многочисленных и несовместимых друг с другом систем, которые обеспечивали поездную и маневровую радиосвязь, технологическую и ремонтную радиосвязь, радиосвязь строительных подразделений и т. д. (рис. 1).

 

Рис. 1. Исходная ситуация

В то время важнейшее значение имели следующие вопросы:

цифровая система какого стандарта должна в будущем заменить существующие аналоговые сети связи?

как можно с оптимальными инвестициями реализовать уже имеющиеся услуги радиосвязи?

как обеспечить расширяемость новой системы с учетом перспективных потребностей железных дорог?

В поисках ответа на эти вопросы МСЖД выполнил ряд технико-экономических исследований и сделал выбор в пользу стандарта GSM, учитывая его хорошие перспективы и рост доли на рынке услуг связи.

Правильность этого выбора подтвердило участие с 1996 г. компаний, работающих в секторе общедоступной мобильной радиосвязи, в исследованиях новой системы. После того как Европейская комиссия поручила в том же году консорциуму MORANE детальное проектирование, изготовление прототипов, испытания системы, к нему присоединились компании Nortel и Siemens с тем, чтобы участвовать в исследованиях по базовым станциям и сетевым подсистемам.

В процессе создания унифицированной европейской системы радиосвязи с подвижными объектами железных дорог были пройдены следующие этапы:

1993 г. Рабочая группа МСЖД по радиосвязи выбрала GSM в качестве стандарта для будущих европейских сетей радиосвязи с подвижными объектами;

июль 1996 г. Выпущена директива Европейского сообщества о эксплуатационной совместимости в трансъевропейской системе высокоскоростных железнодорожных перевозок;

июнь 1997 г. 32 железнодорожные администрации подписали протокол о взаимопонимании, где подтверждалось решение о выборе GSM-R в качестве стандарта железнодорожной радиосвязи с подвижными объектами и реализации железными дорогами ее свойств, содержащихся в спецификации EIRENE и требуемых для обеспечения эксплуатационной совместимости;

июль 1999 г. Европейской комиссией выпущена рекомендация TR 25-09E о распределении частот для системы GSM-R в Европе;

июнь 2000 г. 18 железнодорожных компаний подписали договор, в котором брали обязательства до 2001 г. завершить проектные работы для внедрения GSM-R на трансъевропейской высокоскоростной железнодорожной сети и не позднее 2003 г. обеспечить на ней эксплуатационную совместимость подвижного состава;

железнодорожной сети и не позднее 2003 г. обеспечить на ней эксплуатационную совместимость подвижного состава;

март 2001 г. Европейскими парламентом и советом принята директива об эксплуатационной совместимости трансъевропейской железнодорожной сети, включающей в себя обычные линии;

Развитие системы GSM-R

Решение об использовании уже существующего стандарта в качестве основы для новой системы железнодорожной радиосвязи осложнялось ограниченными возможностями общедоступных систем GSM в поддержке приложений, специфичных для железнодорожного транспорта. В рамках проекта EIRENE Международного союза железных дорог эти приложения были систематизированы (рис. 2), после чего в спецификации стандарта GSM версии 2.5 были внесены изменения для учета железнодорожных приложений. Эти изменения коснулись:

 

Рис. 2. Приложения радиосвязи с подвижными объектами на железных дорогах

функциональной адресации, частотного спектра, включая частоты, выделенные для МСЖД, и интерфейса человек — машина;

коллективного и группового вызовов, применения системы приоритетов и механизма срочных вызовов;

свойств системы в отношении приложений европейской системы управления движением поездов ETCS/ERTMS (рис. 3).

 

Рис. 3. Европейская система управления движением поездов ETCS/ERTMS

Для полного использования высокого уровня стандартизации общедоступного стандарта GSM при разработке его железнодорожного варианта GSM-R опирались на базовый вариант GSM и его службы, утвержденные европейским институтом по стандартизации в области электросвязи (ETSI). Цель проекта MORANE состояла в том, чтобы в максимально возможной степени избежать появления специализированных технических решений для железных дорог. В рамках проекта EIRENE был сформулирован ряд функций, которые должны были подвергнуться дальнейшей разработке в ETSI. Эти работы велись совместно с компаниями, входящими в консорциум MORANE, с тем, чтобы создать полностью открытый и совместимый европейский стандарт.

В Германии, Франции и Италии были устроены опытные участки, оборудованные прототипами системы GSM-R. На них была проверена функциональная пригодность системы в условиях железнодорожного транспорта и реализованы новые функции, сформулированные соответствующими службами железных дорог.

Реализация проекта MORANE началась в 1996 г. и завершилась в 2000 г. по окончанию приемочных испытаний новой системы.

Внедрение

В настоящее время большинство европейских железных дорог приняли решение о быстром и широкомасштабном внедрении системы GSM-R (рис. 4). Темпы внедрения GSM-R имеют для железных дорог важное экономическое значение, поскольку работа сразу двух систем на одной сети приводит к росту затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание.

 

Рис. 4. Реализация системы GSM-R в Европе

Важно, что в пользу GSM-R высказались также Швейцария и страны Восточной Европы. За пределами Европы большой интерес к этой полностью проработанной системе проявляют США, а также железные дороги стран Азии и Африки.

Характеристики системы GSM-R

В Европе для GSM-R используется общий диапазон частот (рис. 5), что позволяет обеспечить эксплуатационную совместимость железных дорог. Возможен также роуминг с общедоступными сетями, поскольку терминалы сети GSM-R работают во всем диапазоне 900 МГц. Наряду с основными функциями общедоступной сотовой радиосвязи в системе GSM-R реализованы специфические железнодорожные функции, например функциональная адресация или адресация в зависимости от местоположения абонента.

 

Рис. 5. Частотный диапазон системы GSM-R в Европе:

P-GSM — диапазон общедоступных сетей GSM; E-GSM — расширенный диапазон GSM

Функции, характерные для частных сетей радиосвязи с подвижными объектами, уже введены в стандарт института ETSI для сетей GSM. Это прежде всего функции расширенной телефонной связи, реализуемые средствами коллективного и группового вызова, а также управления приоритетами вызовов. Для аварийного вызова применяется функция ускоренной установки соединения.

В системе GSM-R будут реализованы новые свойства общедоступных сетей сотовой связи. К их числу относится пакетная передача данных GPRS, введенная в стандарт GSM версии 2.5 и позволяющая обращаться к базам данных и ресурсам сети Интернет с более эффективным использованием частотного диапазона. С появлением приложений, предоставляющих соответствующую информацию, можно будет говорить о воплощении концепции «мобильного офиса на рельсах». Работники железнодорожного транспорта получат возможность обращаться к информации, рассредоточенной вдоль линии, что приведет к повышению эффективности их работы и конкурентоспособности железных дорог.

К числу таких приложений относятся:

управление ресурсами;

доступ к базам данных через Интернет;

доступ к данным о расписании движения и тарифам;

автоматическое резервирование мест в пассажирских поездах;

оплата проезда;

управление грузовыми перевозками.

Экономические преимущества

Система радиосвязи GSM-R открывает железнодорожному транспорту широкие возможности, отвечающие его потребности в радиосвязи. Она обеспечивает неограниченный обмен речевой информацией и данными.

С ее внедрением у железных дорог появляется стандартизированная базовая система для всех специализированных приложений — поездной и маневровой, технологической и ремонтной радиосвязи, радиосвязи строительных подразделений, корпоративной и т. п. Система отвечает не только существующим, но и перспективным потребностям железных дорог.

Появление новых функций в рамках развития стандарта GSM версий 2.5 и 3 в области высокоскоростной передачи данных позволяет реализовать дополнительные приложения, такие, как информирование пассажиров, продажа билетов в поезде, дистанционное управление подготовкой вагонов к рейсу, дистанционная диагностика поездов.

Для большинства европейских железных дорог внедрение GSM-R означает:

снижение эксплуатационных расходов и расходов на техническое обслуживание (за счет сокращения запасов запчастей и расходов на обучение персонала);

переход к высокоскоростной передаче данных по радио;

сокращение потребности в инвестициях за счет применения стандартной аппаратуры;

динамическое управление правами абонентов за счет применения специализированных SIM-карточек;

более эффективное использование частот.

Заключение

Техническая группа МСЖД по системе GSM-R продолжает работы по совершенствованию спецификаций и решению проблем, возникающих при внедрении GSM-R на конкретных железных дорогах. Ее задача состоит также в том, чтобы способствовать гармонизации системы на международном уровне, чтобы предотвратить дополнительные расходы промышленности на разработку специализированных устройств для отдельных стран. В настоящее время устройства GSM-R уже разработаны и поставляются на рынок. Крупные промышленные компании поставляют системы GSM-R под ключ или в виде модулей, которые можно интегрировать в существующие сети.

Rail International, 2002, № 5, p. 24 – 29.