Estándar de comunicaciones inalámbricas para comunicaciones ferroviarias
GSM-R , Sistema Global para Comunicaciones Móviles – Ferrocarril o GSM-Ferrocarril es un estándar internacional de comunicaciones inalámbricas para comunicaciones y aplicaciones ferroviarias .
Se trata de un subsistema del Sistema Europeo de Gestión del Tráfico Ferroviario (ERTMS), que se utiliza para la comunicación entre los trenes y los centros de control de regulación ferroviaria. El sistema se basa en las especificaciones GSM y EIRENE – MORANE, que garantizan el funcionamiento a velocidades de hasta 500 km/h (310 mph), sin ninguna pérdida de comunicación.
GSM-R podría ser reemplazado por LTE-R, [1] con la primera implementación de producción en Corea del Sur. [2] Sin embargo, LTE generalmente se considera un protocolo " 4G ", y el programa Future Railway Mobile Communication System ( FRMCS ) de la UIC [3] está considerando pasar a algo basado en " 5G " (específicamente 3GPP R15/16, es decir, 5G NR ), [4] saltándose así dos generaciones tecnológicas. [5] [6]
Mástil y gabinete GSM-R, Abergavenny, GalesRepetidor GSM-R en Dean Clough, Bolton, noroeste de InglaterraAntenas direccionales GSM-R apuntando hacia el extremo este del túnel Freudenstein, AlemaniaAntena móvil GSM-R 'Shark's-Fin' instalada en una cantidad sustancial de sistemas de transmisión ferroviaria del Reino Unido
Historia
El sistema GSM-R se basa en la tecnología GSM y se beneficia de las economías de escala de su herencia tecnológica GSM, con el objetivo de ser un sustituto digital rentable de las redes de radio ferroviaria analógicas y de cables en vía existentes, que son incompatibles. Se informa de que existen más de 35 sistemas diferentes de este tipo tan solo en Europa. [7]
El estándar es el resultado de más de diez años de colaboración entre las distintas compañías ferroviarias europeas, con el objetivo de lograr la interoperabilidad mediante una única plataforma de comunicación. GSM-R forma parte del estándar ERTMS ( European Rail Traffic Management System ) y transmite la información de señalización directamente al conductor del tren, lo que permite una mayor velocidad y densidad del tráfico con un alto nivel de seguridad.
GSM-R es una plataforma segura para la comunicación de voz y datos entre el personal operativo ferroviario, incluidos los conductores, los despachadores, los miembros del equipo de maniobras, los ingenieros de trenes y los controladores de estaciones. Ofrece funciones como llamadas grupales ( VGCS ), transmisión de voz (VBS), conexiones basadas en la ubicación y supresión de llamadas en caso de emergencia. Esto es compatible con aplicaciones como el seguimiento de carga, la videovigilancia en trenes y estaciones y los servicios de información a los pasajeros.
El GSM-R se implementa normalmente utilizando mástiles de estación base dedicados cerca de la vía férrea, con cobertura de túneles realizada mediante antenas direccionales o transmisión de alimentación "con fugas" . La distancia entre las estaciones base es de 7 a 15 km (4,3 a 9,3 mi). Esto crea un alto grado de redundancia y una mayor disponibilidad y confiabilidad. En Alemania, Italia y Francia, la red GSM-R tiene entre 3.000 y 4.000 estaciones base . En áreas donde se utiliza el Sistema Europeo de Control de Trenes (ETCS) Nivel 2 o 3, el tren mantiene una conexión de módem digital conmutada por circuitos con el centro de control del tren en todo momento. Este módem opera con mayor prioridad que los usuarios normales (eMLPP). Si se pierde la conexión del módem, el tren se detendrá automáticamente.
Sistema superior
GSM-R es una parte del ERTMS (Sistema Europeo de Gestión del Tráfico Ferroviario) que se compone de:
ETCS (Sistema Europeo de Control de Trenes)
GSM-R
ETML (Capa de gestión del tráfico europeo)
EOR (Reglas Europeas de Operación)
Banda de frecuencia
GSM-R está estandarizado para implementarse en la banda de frecuencia E-GSM (900 MHz-GSM) o DCS 1800 (1800 MHz-GSM) , que se utilizan en todo el mundo.
Europa
Europa incluye los estados miembros de la CEPT , que incluyen a todos los miembros de la UE y Albania, Andorra, Azerbaiyán, Bosnia Herzegovina, Georgia, Islandia, Liechtenstein, Macedonia del Norte, Moldavia, Mónaco, Montenegro, Noruega, San Marino, Serbia, Suiza, Turquía, Ucrania, el Reino Unido y la Ciudad del Vaticano.
Aunque anteriormente eran miembros de la CEPT, Bielorrusia y Rusia vieron suspendida su membresía, indefinidamente, a partir de las 00:00 (CET), 18 de marzo de 2022. La Asamblea de la CEPT tomó esta decisión luego de una encuesta de miembros realizada por la Presidencia de la CEPT y publicó su decisión el 17 de marzo de 2022. [8] )
GSM-R utiliza una banda de frecuencia específica , que puede denominarse banda GSM-R "estándar": [9]
Enlace ascendente: 876–880 MHz utilizados para transmisión de datos
Enlace descendente: 921–925 MHz utilizados para la recepción de datos
En Alemania, esta banda se amplió con canales adicionales en el rango de 873–876 MHz y 918–921 MHz. [10] Como anteriormente se utilizaban para sistemas de radio troncalizados regionales , se prevé que las nuevas frecuencias se utilicen en su totalidad en 2015. [11]
Porcelana
GSM-R ocupa un rango amplio de 4 MHz de la banda E-GSM (900 MHz-GSM). [12]
Enlace ascendente: 885–889 MHz
Enlace descendente: 930–934 MHz
India
GSM-R ocupa un rango amplio de 1,6 MHz de la banda P-GSM (900 MHz-GSM) propiedad de Indian Railways : [13] [14]
Enlace ascendente: 907,8–909,4 MHz
Enlace descendente: 952,8–954,4 MHz
Australia
GSM-R se está implementando dentro de la banda DCS 1800 [15]
Enlace ascendente: 1770–1785 MHz
Enlace descendente: 1.865–1.880 MHz
La banda DCS 1800 se dividió y se subastó inicialmente en parcelas pareadas, cada una de 2 × 2,5 MHz con un espaciamiento dúplex de 95 MHz. Los operadores ferroviarios estatales adquirieron seis parcelas, en su mayoría no agrupadas, que cubren 2 × 15 MHz de espectro para implementar GSM-R. [16]
Los operadores ferroviarios estatales renovaron sus licencias para 2 x 10 MHz del espectro de 1800 MHz en Adelaida, Brisbane, Melbourne, Perth y Sídney para comunicaciones de control y seguridad ferroviaria. Todos, excepto el Departamento de Planificación, Transporte e Infraestructura de Australia del Sur (Adelaida), renovaron sus licencias para 2 x 5 MHz del espectro de 1800 MHz a tarifas comerciales establecidas por el Gobierno australiano. [17] [18]
Uso técnico de frecuencias en GSM-R
La modulación utilizada es la modulación GMSK (Gaussian Minimum-Shift Keying). GSM-R es un sistema TDMA ("Time-Division Multiple Access"). La transmisión de datos se realiza mediante tramas TDMA periódicas (con un periodo de 4,615 ms), para cada frecuencia portadora (canal físico). Cada trama TDMA se divide en 8 intervalos de tiempo, denominados canales lógicos (577 μs de duración cada intervalo de tiempo), que transportan 148 bits de información.
Existe la preocupación de que la comunicación móvil LTE perturbe el funcionamiento del GSM-R, ya que se le ha asignado una banda de frecuencia bastante cercana al GSM-R. Esto podría causar perturbaciones en el ETCS, frenadas de emergencia aleatorias debido a la pérdida de comunicaciones, etc. [19]
Como resultado, existe una tendencia creciente hacia el monitoreo y la gestión de interferencias GSM-R mediante pruebas activas y automatizadas a bordo de los trenes y en las vías. [20]
Versión actual de GSM-R
La especificación estándar GSM-R se divide en dos especificaciones EIRENE: [21]
Especificación de requisitos funcionales (FRS): la definición de requisitos funcionales de nivel superior
Especificación de requisitos del sistema (SRS): la definición de las soluciones técnicas que respaldan los requisitos funcionales
EIRENE define la "Especificación Técnica de Interoperabilidad" (TSI) como el conjunto de especificaciones obligatorias que deben cumplirse para mantener la compatibilidad con otras redes europeas; las ETI actuales son FRS 7 y SRS 15. EIRENE también define especificaciones no obligatorias, que se denominan "versión provisional", que definen características adicionales que es probable que se conviertan en obligatorias en las próximas ETI. Las versiones actuales son las versiones FRS 8.0.0 y SRS 16.0.0 del 21 de diciembre de 2015 [22]
Las especificaciones GSM-R son bastante estables; la última actualización obligatoria fue en 2006. La cronología completa de las versiones GSM-R es: [23]
Diciembre de 2000: FRS 5/SRS 13, primera versión que se instaló ampliamente
Octubre de 2003: FRS 6/SRS 14
Mayo de 2006: FRS 7/SRS 15, ETI actual
Junio de 2010: FRS7.1/SRS 15.1, versión provisional actual; las principales características añadidas con respecto a TSI son la radio de maniobras y la radio de solo datos ETCS
La versión actual de GSM-R puede funcionar en redes 3GPP R99 y R4.
Usos del GSM-R
Panel de radio GSM-R montado en cabina
GSM-R permite nuevos servicios y aplicaciones para comunicaciones móviles en varios dominios:
Transmisión de anuncios de megafonía de línea larga (LLPA) a estaciones remotas a lo largo de la línea
Control y protección (Control Automático de Trenes/ ETCS ) y ERTMS
Comunicación entre el conductor del tren y el centro de regulación
Se utiliza para transmitir datos entre trenes y centros de regulación ferroviaria con nivel 2 y 3 de ETCS. Cuando el tren pasa por una Eurobaliza , transmite su nueva posición y su velocidad, luego recibe de vuelta el acuerdo (o desacuerdo) para entrar en la siguiente vía y su nueva velocidad máxima.
Al igual que otros dispositivos GSM , los equipos GSM-R pueden transmitir datos y voz. Las nuevas características GSM-R para comunicaciones móviles se basan en GSM y están especificadas por el proyecto EIRENE. Las funciones de llamada son:
Llamada PtP : llamada punto a punto , el mismo tipo de llamada que una llamada GSM normal
VGCS : Sistema de llamadas grupales de voz , bastante similar a la comunicación por walkie-talkie pero con un único enlace ascendente manejado por la red (solo una persona puede hablar a la vez)
VBS : Sistema de transmisión de voz , como un VGCS pero solo el iniciador de la llamada puede hablar (los demás son solo oyentes)
REC : Llamada de emergencia ferroviaria , es un VGCS especial definido como 299 con la máxima prioridad posible (0)
SEC : Llamada de emergencia de maniobras , es un VGCS especial definido como 599 con la mayor prioridad posible (0)
Control de prioridad de todas las diferentes llamadas (llamadas PtP, VGCS, VBSm, REC y SEC)
Hay otras características adicionales:
Direccionamiento Funcional , sistema de alias para llamar a alguien registrado en la red GSM-R, solo conociendo el usuario de la función temporal (maquinista de tal o cual tren, ...)
Direccionamiento dependiente de la ubicación , sistema de enrutamiento para llamar al controlador de tren más apropiado con respecto a la posición actual del tren marcando un código corto predefinido
Modo de maniobras , cuando los usuarios trabajan en las vías.
Características del GSM-R
Sistema de radio portátil GSM-R para cabinaRadio compacta para cabina GSM-RRadio de cabina de modo dual (GSM-R y UIC 751–3) en formato rack de 19"Una interfaz gráfica de radio de cabina GSM-R, capaz de mostrar diferentes idiomasInterfaz de usuario GSM-R con pantalla a colorPanel de control GSM-R para SBB
Características de ASCI (Elementos de llamada de voz avanzados)
Las siguientes definiciones son parte de la Especificación de requisitos del sistema (SRS) según lo define el estándar EIRENE. [24]
VGCS (Servicio de llamadas grupales de voz)
VGCS permite que un gran número de usuarios participen en la misma llamada. Esta función imita la llamada grupal analógica PMR (Radio Móvil Privada) con la tecla PTT (Push-to-Talk).
Se definen tres tipos de usuarios: el hablante, el oyente y el despachador. El hablante puede convertirse en oyente soltando la tecla PTT y el oyente se convierte en hablante presionando la tecla PTT.
Una ventaja de VGCS en comparación con las llamadas multipartidistas (la función de conferencia telefónica GSM) es la eficiencia del espectro. De hecho, cuando muchos usuarios están en la misma celda, utilizarán solo una frecuencia para todos los oyentes y dos frecuencias para el hablante (como en una llamada punto a punto). En una llamada multipartidista, se dedica un intervalo de tiempo a cada usuario. La segunda ventaja en comparación con las llamadas multipartidistas es que no es necesario saber qué móviles van a participar en la llamada. Una llamada VGCS se establece sobre una base puramente geográfica, sujeta a que un móvil haya habilitado previamente la recepción del grupo en cuestión.
VBS (Servicio de transmisión de voz)
VBS es una llamada grupal de difusión: esto significa que, a diferencia de VGCS, solo el iniciador de la llamada puede hablar. Los demás que se unan a la llamada solo pueden ser oyentes. Este tipo de llamada se utiliza principalmente para difundir mensajes grabados o para hacer anuncios.
REC (Llamada de emergencia ferroviaria)
REC es una llamada grupal, o VGCS, dedicada a urgencias. Es una llamada de mayor prioridad (la prioridad de REC es de nivel 0; consulte a continuación: eMLPP).
SEC (Llamada de emergencia de maniobras)
La llamada de emergencia de maniobras es una llamada de grupo dedicada con el número 599. La llamada se establece con un nivel de prioridad de emergencia cuyo nivel es el más alto posible: 0. La SEC está habilitada y es utilizada por dispositivos registrados para operaciones de maniobras. El establecimiento de una llamada de este tipo conduce a la aceptación automática de la llamada en todos los dispositivos habilitados dentro del área actual o grupo de celdas configurado. [24]
Servicio de precedencia y prelación multinivel (eMLPP)
Esto define la prioridad del usuario. Los diferentes niveles de prioridad son:
A y B: niveles de prioridad más altos (no utilizados por redes GSM-R)
0: niveles de prioridad más altos para ASCI y llamadas normales (se utilizan principalmente para llamadas REC)
1: Prioridad menor que el nivel 0
2: Prioridad menor que el nivel 1
3: Prioridad menor que el nivel 2
4: Nivel de prioridad más bajo (prioridad predeterminada, asignada a llamadas punto a punto)
También está disponible una función de respuesta automática con temporizador para llamadas con prioridad 0, 1 y 2.
Plan de Numeración GSM-R
El documento EIRENE SRS define un plan de numeración fijo para GSM-R. Se define mediante prefijos numéricos.
Estos números se utilizan para el registro funcional y las entradas fijas para MSISDN o códigos de marcación cortos, tal como se definen en el HLR. Por ejemplo, 807660 define un MSISDN de un abonado móvil. El número 23030301 sería un número funcional asociado con el número de tren 30303 y el rol del usuario 01.
Características de Eirene
Gestión de números funcionales
Numeración funcional
Permite llamar a una estación móvil por su función: conductor del tren xxx, ...
Se utiliza:
USSD y Sígueme
UUS1 (para visualización de números)
Direccionamiento dependiente de la ubicación
Establece una llamada desde una estación móvil a (normalmente) un suscriptor/despachador fijo que realiza una función en el área donde se encuentra ubicada la estación móvil.
Confirmación de finalización de llamada
La función de confirmación de finalización de llamada solo está disponible para llamadas grupales (VGCS) y llamadas de difusión (VBS) de máxima prioridad (nivel de prioridad 0) (consulte eMLPP).
Consiste en un informe de fin de llamada que envían todas las estaciones móviles que se unieron a la llamada de alta prioridad (incluido el iniciador). Este informe informa sobre:
Tipo de llamada
Duración de la llamada
Identidad de la estación móvil
Causa de finalización de llamada Normal, finalizada por el usuario, apagado de la estación móvil por parte del usuario, apagado por batería baja, …)
…
Si no se puede enviar el informe (la estación móvil se apaga por el usuario o se apaga debido a batería baja), la estación móvil intentará nuevamente (varias veces si es necesario) enviar el informe en el próximo encendido.
Modo de derivación
El modo de derivación es la aplicación que regulará y controlará el acceso de los usuarios a las comunicaciones de derivación.
Se proporciona una señal de garantía de enlace (LAS) para garantizar al conductor que el enlace de radio está funcionando.
Modo directo
El modo directo es el modo walkie-talkie (estaciones móviles que hablan entre sí sin la red) y fue propuesto en Eirene, sin embargo nunca se ha aplicado desde que se basó en la radio analógica.
Sagemcom afirma haber desarrollado un modo directo GSM, actualmente no reconocido en la especificación GSM-R y no tiene asignación de frecuencia.
Los operadores de red y los operadores ferroviarios
Ferrocarriles que utilizan GSM-R
Australia
Transport NSW está instalando un sistema de radio digital para trenes (DTRS) en toda la red ferroviaria electrificada de 1.455 kilómetros (904 millas), incluidos 66 túneles que cubren 70 kilómetros (43 millas), delimitados por Kiama , Macarthur , Lithgow , Bondi Junction y Newcastle con GSM-R para reemplazar la radio ferroviaria analógica MetroNet existente. El reemplazo cumplirá las recomendaciones de la Comisión Especial de Investigación sobre el accidente ferroviario de Waterfall para proporcionar una plataforma común de comunicación para el personal que trabaja en el ferrocarril. El equipo se instalará en alrededor de 250 ubicaciones y más de 60 sitios en túneles. La antigua red analógica se desmanteló en 2020. [29]
Public Transport Victoria ha instalado un sistema de radio digital para trenes (DTRS) en la red ferroviaria de Melbourne con GSM-R para reemplazar el antiguo sistema llamado Urban Train Radio System (UTRS). El equipo se instaló en alrededor de 100 lugares y costó 152 millones de dólares. [30]
En Francia, la primera línea ferroviaria comercial abierta con cobertura GSM-R completa es la LGV Est européenne, que une la estación de París-Est con Estrasburgo . Se inauguró el 10 de junio de 2007.
El domingo 10 de junio de 2007 a las 06:43 horas, el primer tren de alta velocidad que circulaba por ella era el ICE , el tren de alta velocidad del operador alemán de pasajeros Deutsche Bahn , que unía la Gare de l'Est de París con Saarbrücken (Alemania).
Ese mismo día, a las 07:15, llegó el turno del TGV POS , el tren de alta velocidad de última generación del operador francés SNCF , que unía Estrasburgo con París (Gare de l'Est). [31]
Italia
En 2008, en Italia, más de 9.000 kilómetros de líneas ferroviarias estaban cubiertas por la infraestructura GSM-R: esta cifra incluye tanto líneas de alta velocidad como líneas ordinarias, así como más de 1.000 kilómetros de túneles. Los acuerdos de roaming con otros operadores móviles italianos permiten cubrir líneas que no están directamente cubiertas por GSM-R. También se han firmado acuerdos de roaming con compañías ferroviarias francesas y suizas y se prevé extenderlos a otros países. [32]
Países Bajos
En los Países Bajos, hay cobertura en todas las líneas y el antiguo sistema llamado Telerail fue abandonado en favor de GSM-R en 2006.
Noruega
En Noruega, la red GSM-R se inauguró en todas las líneas el 1 de enero de 2007, sustituyendo a la antigua red Scanet .
Reino Unido
Radio de cabina GSM-R de Siemens UK instalada en una unidad multipropósito Sprinter de Northern RailTeléfono GSM-R en tierra de DAC Limited en el norte de Gales
La implementación de más de 14.000 km (8.700 mi) de ferrocarriles habilitados con GSM-R, destinados a reemplazar sus sistemas heredados de Red de Radio Nacional (NRN) VHF 205 MHz y Radio Segura de Cabina (CSR) suburbana UHF 450 MHz, se completó en enero de 2016.
En la primavera de 2013, el sitio web GSM-R Online de la Asociación de Empresas Operadoras de Trenes anunció que la implementación de la mitad sur del sistema GSM-R del Reino Unido estaba completa, ya que la sección final CA15 había entrado en funcionamiento (la implementación del Proyecto GSM-R del Reino Unido dividió el norte y el sur continentales de una línea de mapa que iba desde Severn en el oeste hasta Wash en la costa este). El trabajo de infraestructura e instalación continuó al norte de esta división. Originalmente se esperaba que la red GSM-R de Gran Bretaña estuviera completamente operativa en 2013, pero debido a retrasos en la instalación de equipos, una fecha posterior se hizo más probable. Sin embargo, un documento de la Junta de Seguridad y Normas Ferroviarias indicó que el Regulador de Telecomunicaciones del Reino Unido, Ofcom, retiraría las frecuencias NRN de 205 MHz existentes en 2015. El costo de la red GSM-R de Gran Bretaña se estimó originalmente en £ 1.2 mil millones. Ese costo, sin embargo, no incluía WCML.
El ensayo ERTMS de la línea Cambrian de Pwllheli a Harlech comenzó el 13 de febrero de 2010 y finalizó con éxito el 18 de febrero de 2010. La fase de familiarización y manejo práctico del maquinista del ensayo había proporcionado una excelente oportunidad para supervisar el uso de la voz GSM-R en la operación en esta ruta. El primer tren partió de Pwllheli a las 08:53 horas en el modo de operación ERTMS de nivel 2, utilizando la voz GSM-R como único medio de comunicación entre el maquinista y el señalero.
Network Rail equipó en Derby un tren de prueba que adquirió para las pruebas RSV de la red GSM-R. El tren se formó a partir de material de Gatwick Express. Con un coste de 5,9 millones de libras, esta máquina construida a medida, conocida como tren RSV (Radio Signal Verification), comenzó a supervisar el proyecto Newport Synergy y la línea Cambrian .
El 2 de septiembre de 2009 se puso en marcha la sección de Rugby a Stoke .
El primer tren ( Virgin Trains West Coast 390034 en el servicio de las 09:15 de Manchester Piccadilly a Londres Euston ) que utilizó GSM-R en el extremo sur de WCML funcionó el 27 de mayo de 2009. Este fue el primer vehículo en funcionar en servicio de pasajeros con GSM-R fuera de la prueba de Strathclyde.
En la línea North Clyde de Escocia se venía probando un sistema GSM-R completamente funcional desde 2007. Sin embargo, durante algunos años antes de que comenzaran estas pruebas, el GSM-R se había utilizado solo para fines de voz (conocido como "Sistema de radio de voz provisional" o IVRS) en algunos lugares donde se utilizan contadores de ejes para la detección de trenes, por ejemplo, partes de la WCML entre Crewe y Wembley .
A partir de la primavera de 2016 [update], las únicas áreas de la red ferroviaria británica que todavía emplean comunicaciones por radio en VHF para trenes son las secciones de las líneas Highland y Far North en Escocia, donde se utiliza el sistema Radio Electronic Token Block , que utiliza frecuencias Ofcom modificadas en torno a los 180 MHz, que se han excluido del plan nacional GSM-R debido a las dificultades prácticas que implica la implementación del sistema GSM-R en esta región. Actualmente, el 100% de la red del Reino Unido tiene cobertura GSM-R. [33]
Galería
Mástil transmisor GSM-R en la línea ferroviaria de alta velocidad Núremberg-Ingolstadt
Antenas de panel Kathrein GSM-R en mástil de celosía
Referencias
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