Estándar de comunicaciones inalámbricas para comunicaciones ferroviarias.
GSM-R , Sistema Global para Comunicaciones Móviles – Ferrocarril o GSM-Railway es un estándar internacional de comunicaciones inalámbricas para comunicaciones y aplicaciones ferroviarias .
Un subsistema del Sistema Europeo de Gestión del Tráfico Ferroviario (ERTMS), se utiliza para la comunicación entre los centros de control de regulación ferroviaria y ferroviaria. El sistema se basa en las especificaciones GSM y EIRENE – MORANE que garantizan un rendimiento a velocidades de hasta 500 km/h (310 mph), sin pérdida de comunicación.
GSM-R podría ser suplantado por LTE-R, [1] y la primera implementación de producción se realizará 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 fuerza motriz ferroviaria del Reino Unido
Historia
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 reemplazo digital rentable para las redes de radio ferroviarias analógicas y de cable en vía incompatibles existentes. Sólo en Europa existen más de 35 sistemas diferentes de este tipo. [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 utilizando una única plataforma de comunicación. GSM-R forma parte del estándar del Sistema Europeo de Gestión del Tráfico Ferroviario (ERTMS) y transmite la información de señalización directamente al conductor del tren, lo que permite mayores velocidades de tren y densidad de tráfico con un alto nivel de seguridad.
Las especificaciones se finalizaron en 2000, basándose en el proyecto MORANE (Radio móvil para redes ferroviarias en Europa), financiado por la Unión Europea . La especificación está a cargo del proyecto ERTMS de la Unión Internacional de Ferrocarriles . GSM-R ha sido seleccionado por 38 países de todo el mundo, incluidos todos los estados miembros de la Unión Europea y países de Asia, Eurasia y el norte de África.
GSM-R es una plataforma segura para la comunicación de voz y datos entre el personal operativo ferroviario, incluidos conductores, despachadores, miembros del equipo de maniobras, ingenieros de trenes y controladores de estaciones. Ofrece funciones como llamadas grupales ( VGCS ), transmisión de voz (VBS), conexiones basadas en la ubicación y preferencia de llamadas en caso de emergencia. Esto admite aplicaciones como el seguimiento de carga, la videovigilancia en trenes y estaciones y los servicios de información a los pasajeros.
GSM-R normalmente se implementa utilizando mástiles de estaciones base dedicadas cerca de la vía férrea, y la cobertura del túnel se realiza mediante antenas direccionales o transmisión alimentadora con "fugas" . La distancia entre las estaciones base es de 7 a 15 km (de 4,3 a 9,3 millas). Esto crea un alto grado de redundancia y una mayor disponibilidad y confiabilidad. En Alemania, Italia y Francia la red GSM-R cuenta con entre 3.000 y 4.000 estaciones base . En áreas donde se utiliza el Nivel 2 o 3 del Sistema Europeo de Control de Trenes (ETCS), el tren mantiene una conexión de módem digital conmutada por circuito al centro de control del tren en todo momento. Este módem funciona 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 de tráfico europea)
EOR (Reglas Operativas Europeas)
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) , ambas utilizadas 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. Reino Unido y Ciudad del Vaticano.
Aunque anteriormente eran miembros de la CEPT, Bielorrusia y Rusia vieron suspendida su membresía, indefinidamente, con efecto a partir de las 00:00 (CET) del 18 de marzo de 2022. La Asamblea de la CEPT tomó esta decisión tras una encuesta entre los miembros realizada por la Presidencia de la CEPT y publicó sus 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 utilizado para la transmisión de datos
Enlace descendente: 921–925 MHz utilizado para la recepción de datos
GSM-R ocupa un amplio rango 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 amplio rango de 1,6 MHz de la banda P-GSM (900 MHz-GSM) en poder 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: 1.770–1.785 MHz
Enlace descendente: 1.865–1.880 MHz
La banda DCS 1800 se dividió inicialmente y se subastó en paquetes pareados, cada uno de 2 × 2,5 MHz con un espaciado dúplex de 95 MHz. Los operadores ferroviarios estatales adquirieron seis parcelas, en su mayoría no agrupadas, que cubren 2 × 15 MHz de espectro para desplegar GSM-R. [dieciséis]
Los operadores ferroviarios estatales renovaron la licencia de 2 x 10 MHz del espectro de 1800 MHz en Adelaide, Brisbane, Melbourne, Perth y Sydney para comunicaciones de control y seguridad ferroviaria. Todos, excepto el Departamento de Planificación, Transporte e Infraestructura de Australia Meridional (Adelaide), renovaron la licencia de 2 x 5 MHz de espectro de 1800 MHz a tarifas comerciales establecidas por el gobierno australiano. [17] [18]
Uso técnico de frecuencia en GSM-R
La modulación utilizada es la modulación GMSK (Modificación de desplazamiento mínimo gaussiano). GSM-R es un sistema TDMA ("Acceso múltiple por división de tiempo"). La transmisión de datos se realiza mediante tramas TDMA periódicas (con un período 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 longitud, cada intervalo de tiempo), que transportan 148 bits de información.
Existe la preocupación de que la comunicación móvil LTE perturbe el GSM-R, ya que se le ha asignado una banda de frecuencia bastante cercana a GSM-R. Esto podría provocar perturbaciones en el ETCS, frenadas de emergencia aleatorias debido a pérdidas de comunicaciones, etc. [19]
Como resultado, existe una tendencia creciente hacia la monitorización y gestión de la interferencia GSM-R mediante pruebas activas y automatizadas a bordo de trenes y en vía. [20]
Versión GSM-R actual
La especificación del 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" (ETI) como el conjunto de especificaciones obligatorias a cumplir para mantener la compatibilidad con otras redes europeas; Las ETI actuales son FRS 7 y SRS 15. EIRENE también define especificaciones no obligatorias, denominadas "versión provisional", que define características adicionales que probablemente serán 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. El cronograma completo de las versiones GSM-R es: [23]
Diciembre de 2000: FRS 5/SRS 13, primera versión ampliamente instalada
Octubre de 2003: NIC 6/NIC 14
Mayo de 2006: NIC 7/SRS 15, ETI vigente
Junio de 2010: FRS7.1/SRS 15.1, versión provisional actual; Las principales características agregadas sobre TSI son radio de derivación y radio de solo datos ETCS.
La versión actual de GSM-R puede funcionar en redes 3GPP R99 y R4.
Usos de GSM-R
Panel de radio GSM-R montado en cabina
GSM-R permite nuevos servicios y aplicaciones para las comunicaciones móviles en varios ámbitos:
transmisión de anuncios de megafonía de línea larga (LLPA) a estaciones remotas en el futuro
control y protección (Control Automático de Trenes/ ETCS ) y ERTMS
comunicación entre el maquinista 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 nuevo el acuerdo (o el desacuerdo) para entrar en la vía siguiente y su nueva velocidad máxima.
Al igual que otros dispositivos GSM , los equipos GSM-R pueden transmitir datos y voz. Las nuevas funciones 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 : Voice Group Call System , bastante similar a la comunicación por walkie-talkie pero con un único enlace ascendente manejado por la red (sólo 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 de ferrocarriles , es un VGCS especial definido como 299 con la mayor prioridad posible (0)
SEC : Llamada de emergencia de maniobra , 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 alias para llamar a alguien registrado en la red GSM-R, sólo conociendo el usuario de la función temporal (maquinista de tren tal o cual,...)
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.
Funciones GSM-R
Sistema de radio de cabina GSM-R portátilRadio de cabina compacta GSM-RRadio de cabina de modo dual (GSM-R y UIC 751–3) como bastidor 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
Funciones ASCI (elementos de llamadas de voz avanzadas)
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 una misma convocatoria. Esta función imita la llamada grupal analógica PMR (Private Mobile Radio) 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 un oyente puede convertirse en hablante presionando la tecla PTT.
Una ventaja de VGCS en comparación con las llamadas multipartitas (la función de conferencia telefónica GSM) es la eficiencia del espectro. De hecho, cuando hay muchos usuarios en la misma celda, utilizarán sólo una frecuencia para todos los oyentes y dos frecuencias para el que habla (como en la llamada punto a punto). En una llamada multipartita, se dedica un intervalo de tiempo a cada usuario. La segunda ventaja frente a las llamadas multipartitas es que no es necesario saber qué móviles van a participar en la llamada. Una llamada VGCS se establece con carácter puramente geográfico, siempre que un móvil haya habilitado previamente la recepción del grupo en cuestión.
VBS (servicio de transmisión de voz)
VBS es una llamada grupal de transmisión: esto significa que, en comparación con VGCS, solo el iniciador de la llamada puede hablar. Los demás que se unan a la llamada sólo podrán ser oyentes. Este tipo de llamada se utiliza principalmente para difundir mensajes grabados o realizar anuncios.
REC (Llamada de emergencia ferroviaria)
REC es una llamada grupal, o VGCS, dedicada a la urgencia. Es una llamada de mayor prioridad (la prioridad REC es el nivel 0; consulte a continuación: eMLPP).
SEC (llamada de emergencia de maniobra)
La Llamada de Emergencia de Maniobras es una llamada grupal dedicada con el número 599. La llamada se establece con un nivel de prioridad de emergencia cuyo nivel es la prioridad más alta posible 0. La SEC está habilitada y utilizada por dispositivos registrados para operaciones de maniobras. El establecimiento de dicha llamada conduce a la aceptación automática de la llamada en todos los dispositivos habilitados dentro del área actual o grupo celular configurado. [24]
Servicio de preferencia y precedencia 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 (utilizados principalmente para llamadas REC)
1: Prioridad inferior al nivel 0
2: Prioridad más baja que el nivel 1
3: Prioridad más baja 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 fija para GSM-R. Está definido por prefijos numéricos.
Esos números se utilizan para registro funcional y entradas fijas para MSISDN o códigos de marcación cortos según se define en el HLR. 807660, por ejemplo, define un MSISDN de un abonado móvil. El número 23030301 sería un número funcional asociado al número de tren 30303 y al 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,...
Usa:
USSD y Sígueme
UUS1 (para visualización de números)
Direccionamiento dependiente de la ubicación
Establece una llamada desde una estación móvil a (normalmente) un abonado/despachador fijo que realiza una función en el área donde está 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 finalización de llamada enviado por 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 fin de llamada Normal, finalizada por el usuario, estación móvil apagada por el usuario, apagada por batería baja,…)
…
Si no se puede enviar el informe (la estación móvil fue apagada por el usuario o debido a batería baja), la estación móvil intentará nuevamente (varias veces si es necesario) enviar el informe en el próximo encendido.
Modo de maniobra
El modo de maniobras es la aplicación que regulará y controlará el acceso de los usuarios a las comunicaciones de maniobras.
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 (estación móvil que habla entre sí sin red) y ha sido propuesto en Eirene, sin embargo nunca ha estado en aplicación desde que se basó en la radio analógica.
Sagemcom afirma haber desarrollado un modo directo GSM, que actualmente no está 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 de tren digital (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 analógica existente del tren MetroNet. El reemplazo cumplirá con 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 unos 250 lugares y más de 60 sitios en túneles. La antigua red analógica fue desmantelada en 2020. [29]
Public Transport Victoria ha instalado un Sistema de Radio de Tren Digital (DTRS) en la red de trenes de Melbourne con GSM-R para sustituir el antiguo sistema denominado Sistema de Radio de Tren Urbano (UTRS). El equipo se instaló en unos 100 lugares. Cuesta 152 millones de dólares. [30]
En Francia, la primera ruta ferroviaria comercial abierta con cobertura GSM-R total es la LGV Est européenne que une Paris Gare de l'Est con Estrasburgo . Fue inaugurado el 10 de junio de 2007.
El domingo 10 de junio de 2007 a las 06:43 el primer tren de alta velocidad que circuló fue el ICE , el tren de alta velocidad del operador de pasajeros alemán: Deutsche Bahn . Unía la Gare de l'Est de París con Saarbrücken (Alemania).
Ese mismo día, a las 07:15, tuvo lugar la oportunidad del TGV POS , el tren de alta velocidad de última generación del operador francés SNCF . Unía Estrasburgo con París (Gare de l'Est). [31]
Italia
En 2008, en Italia, la infraestructura GSM-R da servicio a más de 9.000 kilómetros (5.600 millas) de líneas ferroviarias: este número incluye líneas ordinarias y de alta velocidad, así como más de 1.000 km (620 millas) de túneles. Los acuerdos de roaming con otros operadores móviles italianos permiten la cobertura de líneas que no son atendidas directamente por GSM-R. También se han firmado acuerdos de itinerancia con compañías ferroviarias francesas y suizas y se prevé ampliarlos 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 del GSM-R en 2006.
Noruega
En Noruega, la red GSM-R se abrió en todas las líneas el 1 de enero de 2007, en sustitución de la antigua red Scanet .
Gran Bretaña
Radio de cabina GSM-R de Siemens UK instalada en una DMU Sprinter de Northern RailTeléfono de vía DAC Limited GSM-R en el norte de Gales
La implementación de más de 14.000 km (8.700 millas) de vías ferroviarias habilitadas para GSM-R, destinadas a reemplazar sus sistemas heredados de Red de Radio Nacional (NRN) VHF de 205 MHz y Radio Cab Secure Radio (CSR) suburbana UHF de 450 MHz, ya se completó en enero. 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 se había completado ya que la sección final CA15 había entrado en funcionamiento (la implementación del Proyecto GSM-R del Reino Unido se dividió continental al norte y al sur de una línea cartográfica que va desde Severn en el oeste hasta Wash en la costa este). Los trabajos de infraestructura e instalación continuaron al norte de esta división. Originalmente se esperaba que la red GSM-R de Gran Bretaña estuviera en pleno funcionamiento en 2013, pero debido a un retraso en la instalación de equipos se hizo más probable una fecha posterior. Sin embargo, un documento de la Junta de Normas y Seguridad Ferroviaria indicó que el Regulador de Telecomunicaciones del Reino Unido, Ofcom, iba a retirar las frecuencias NRN de 205 MHz existentes para 2015. El costo de la red GSM-R de Gran Bretaña se estimó originalmente en £1,2 mil millones. Sin embargo, ese costo no incluía el WCML.
El ensayo del ERTMS de Cambrian Line – Pwllheli a Harlech comenzó el 13 de febrero de 2010 y finalizó con éxito el 18 de febrero de 2010. La etapa de familiarización del conductor y manejo práctico del ensayo brindó una excelente oportunidad para monitorear el uso de voz GSM-R en operación en este ruta. El primer tren partió de Pwllheli a las 08:53 horas en operación ERTMS Nivel 2 con voz GSM-R como único medio de comunicación entre el conductor y el señalizador.
Network Rail instaló un tren de prueba en Derby que compró para realizar pruebas RSV de la red GSM-R. El tren se formó a partir de acciones del ex Gatwick Express. Con un coste de £5,9 millones, esta máquina hecha a medida conocida como tren RSV (Radio Signal Verification) comenzó a monitorear el esquema Newport Synergy y la Cambrian Line .
El 2 de septiembre de 2009, se puso en marcha la sección Rugby to Stoke .
El primer tren ( Virgin Trains West Coast 390034 en el servicio de las 09:15 de Manchester Piccadilly a London Euston ) que utilizó GSM-R en el extremo sur de WCML funcionó el 27 de mayo de 2009. Este fue el primer vehículo que circuló en servicio de pasajeros con GSM-R fuera del ensayo de Strathclyde.
Desde 2007 se había estado probando un sistema GSM-R completamente funcional en la línea North Clyde en Escocia. Sin embargo, durante algunos años antes de que comenzaran estas pruebas, GSM-R se había utilizado únicamente con fines de voz, conocido como 'Radio de Voz Interina'. System' (IVRS): en algunos lugares donde se utilizan contadores de ejes para la detección de trenes, por ejemplo, partes del WCML entre Crewe y Wembley .
A partir de la primavera de 2016 [update], las únicas áreas de UK Network Rail que todavía emplean comunicaciones por radio de trenes VHF se encuentran en secciones de las líneas Highland y Far North en Escocia, donde se utiliza el sistema Radio Electronic Token Block , utilizando frecuencias Ofcom modificadas de alrededor de 180 MHz. habiendo sido excluido del plan nacional GSM-R, debido a las dificultades prácticas que implica el despliegue 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 Nuremberg-Ingolstadt
Antenas de panel Kathrein GSM-R en mástil de celosía
Referencias
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