Отчет о интерференциях для GSM-R

Автор: UIC WG FM
Источник: www.efis.dk/documents/11889.

Описание системы (среда, функциональность)

Обзор GSM-R

Цифровая радиосистема GSM-R является важной подсистемой ERTMS для:

• ETCS уровень 2/3, чтобы обеспечить связь поезда с наземным транспортом для данных контроля безопасности и поездов;
• Радиосвязь поезда, включая железнодорожные экстренные вызовы.

Директива ЕС 2011/18 и решение 2012/88 EC представляют собой правовую основу, в рамках которой разрабатывается и уточняется Европейская система управления железнодорожным движением (ERTMS). Ключевыми элементами ERTMS являются GSM-R (Глобальная система мобильной связи - железные дороги) как специализированная железнодорожная радиосвязь, ETCS (Европейская система управления поездками) в качестве сигнальной структуры и ETML (Европейский уровень управления трафиком) в качестве будущего решения для управления операциями.

Проект UIC GSM-R отвечает за разработку спецификаций GSM-R (EIRENE – Европейская интегрированная сеть с расширенными радиоканалами) и облегчает их стандартизацию.

GSM-R основан на стандарте GSM общего пользования со специфическими функциональными правилами для работы, в частности приоритетом и преимуществом (eMLPP), функциональной нумерацией, адресной привязкой, групповыми вызовами и быстрой настройкой вызова для экстренных вызовов. Системные требования GSM-R и приложения для оперативной передачи речи и данных указаны в спецификации EIRENE FRS (спецификация функциональных требований) и SRS (спецификация системных требований).

Поскольку безопасная и эффективная эксплуатация железнодорожной системы зависит от наличия услуг ERTMS, подсистема GSM-R подчиняется строгим юридическим требованиям по их доступности и производительности, упомянутым в руководстве по использованию CCS TSI и ERA для ERTMS. Операторы железных дорог должны гарантировать, что эти требования будут удовлетворены в любых обстоятельствах.

Европейская система управления железнодорожным движением (ERTMS) является крупным проектом Европейской железной дороги и содержит в настоящее время два основных элемента:

• ETCS, Европейская система контроля поездов, представляет собой автоматическую систему защиты поездов (ATP), которая дополняет и заменяет существующие различные национальные системы АТФ на европейских совместимых линиях (следует отметить, что сегодня ЕС обсуждает дальнейшее расширение ERTMS на региональных и городских линиях и полностью заменить все существующие системы СПС). Уровень 2/3 ETCS основан на GSM-R и требует постоянного соединения данных с очень высоким качеством обслуживания, так как уровень 2/3 ETCS заменяет сигналы линии.
• GSM-R, цифровая радиосистема для передачи голоса и данных между колеей и поездом на основе стандарта GSM с использованием частот, специально зарезервированных для железнодорожных приложений, с рядом конкретных и расширенных функций. GSM-R – это радиосистема для всех железных дорог в Европе, предусмотренных CCS TSI.

Кроме того, растет количество информации, применяемой для оптимизации работы железных дорог, таких как техническое обслуживание, электронное расписание и т.д.

Требования к качеству и условиям обслуживания GSM-R основаны на спецификациях UIC EIRENE FRS 7.3.0 и SRS 15.3.0.

GSM-R планируется установить на территории около 160 000 километров путей в Европе до 2016 года, из которых эксплуатируется около 70 000 километров.

Использование GSM-R можно разделить на основные функции и дополнительные функции (с точки зрения европейской совместимости) для железнодорожных операций. Основные функции могут оказывать непосредственное влияние на безопасность работы поезда, поскольку GSM-R рассматривается ЕС как предупредительная мера, при блокировке или нарушении которой, риски для безопасности повышаются. Дополнительные функции связаны с общими операционными и бизнес-процессами железных дорог.

Основные функции включают:

• Связь поезда.
• Железнодорожные экстренные вызовы.
• Голосовые групповые вызовы.
• Вызовы данных ETCS.

Более подробную информацию и примеры о важности основных функций см. В главе 4.

Дополнительные или вторичные функции – это службы, которые наилучшим образом используют доступную связь и пропускную способность сети GSM-R. Специфические функции GSM-R, такие как механизм приоритета и предзахвата (eMLPP), гарантируют, что основные функции всегда выполняются перед дополнительными сервисами.

Дополнительные функции могут быть, например:

• Голосовые услуги для объявлений на платформе.
• CSD, SMS для приложений телеметрии/мониторинга.
• GPRS для информации о пассажирах и телеметрии/мониторинга.

Примером, в котором возрастает важность дополнительных функций, является использование GSM-R для передачи данных для информационных систем для пассажиров. Когда такая передача данных прерывается из-за вредных помех, затрагивается не только железнодорожный бизнес-процесс, но также комфорт и косвенная безопасность пассажиров, ожидающих на станциях.

Вредное влияние интерференции имеет и будет иметь серьезные последствия для основных функций и дополнительных функций.

Спектр GSM-R

Железнодорожным радиослужбам, основанным на R-GSM, были назначены полосы частот 876 МГц - 880 МГц для восходящей линии связи и 921 МГц - 925 МГц для нисходящей линии связи. В некоторых странах факультативно можно использовать диапазон ER-GSM (873 МГц - 876 МГц для восходящей линии связи и 918 МГц - 921 МГц для нисходящей линии связи).

Диапазон частот R-GSM плюс ER-GSM находится рядом с тем, который в настоящее время назначается операторам мобильной связи общего пользования, который использует 880 МГц - 915 МГц для восходящей линии связи и 925 МГц - 960 МГц для нисходящей линии связи. Кроме того, цифровая дивидендная полоса 800 МГц также является смежной и будет использоваться общественными операторами мобильной связи.

Сравнение GSM-R с общедоступными мобильными сетями

Общественные сети GSM предназначены для поддержки услуг с более низкими требованиями к доступности по сравнению с услугами GSM-R.

Таким образом, общественные операторы мобильной связи в настоящее время определяют свои требования к доступности и производительности услуг с учетом компромисса в отношении цены и производительности (за исключением требований к лицензии, главным образом определяемым в период охвата населения).

Обычно предоставляется 95% доступность услуг для каждого пользователя во времени и местоположении со средней нагрузкой на трафик 50 мЕр на пользователя. В соответствии с этими требованиями к статистической эффективности для оценки используются моделирование методом Монте-Карло.

В отличие от общедоступных сетевых требований, сети GSM-R должны выполнять более жесткие требования для удовлетворения потребностей служб радиосвязи поскольку модель трафика и использование отличаются от общедоступных мобильных сетей. Как следствие, оценка их эффективности требует методологии, отличной от применяемых в настоящее время моделей Монте-Карло.

Более жесткие требования оправданы зависимостью безопасной работы железнодорожного поезда от доступности и эффективности услуг железнодорожной связи. Спецификация отражает особенности железнодорожной системы, такие как движение поездов вдоль рельса. EIRENE FRS 7.3.0 и SRS 15.3.0 определяют работу служб радиосвязи с использованием сетей GSM-R. Указано минимальное покрытие, которое определяется как значение вероятности, по меньшей мере, на 95% в каждом месте интервалом 100 м секций, для которых измеренный уровень охвата должен быть больше или равен опорному значению.

Это сильно контрастирует с общедоступными сетями GSM, где оцениваются некоррелированные местоположения, и 95% критериев применяются ко всем возможным местоположениям.

Основные отличия между системами GSM-R и общедоступными сетями GSM заключаются в следующем:

• GSM-R имеет линейную топологию вдоль железнодорожных путей, что значительно снижает возможности для обслуживания и балансировки сети. Это также приводит к тому, что условия распространения не обязательно достаточно точно отражены в моделях распространения, разработанных для общедоступных сетей.
• GSM-R обязателен для поддержки услуг с очень высокими требованиями к доступности и качеству. Вместо вероятности покрытия 95% во времени и пространстве, 95% доступность для каждого интервала трека длиной 100 м должна быть гарантирована. Кроме того, для вызова данных ETCS принято принимать только 1 сброшенный вызов за 100 часов.
• GSM-R должен соответствовать ряду дополнительных юридических обязательных требований к качеству (таких как время установления соединения, максимально допустимые отклонения вызовов и т.д.), Которые требуют общеевропейской гармонизации и ограничивают технические параметры, которые могут быть использованы.
• GSM-R отводится очень ограниченный спектр, поэтому некоторые методы, позволяющие избежать помех или улучшать помехоустойчивость, не могут быть реализованы (скачкообразная перестройка частоты; перестройка частоты, чтобы избежать интермодуляции).
• Необходимые функции железной дороги, такие как железнодорожный экстренный вызов, групповые звонки, реализованы и, как ожидается, будут доступны более чем на 99%.