FRMCS/5G-Datenkommunikation

Für einen zukunftsweisenden, digitalen Bahnbetrieb ist eine hochleistungsfähige, drahtlose Verbindung für robuste Echtzeitübertragung mit großer Bandbreite zwischen Zug und Strecke notwendig. Voraussetzung hierfür ist ein modernes Mobilfunknetz auf Basis des neuen Mobilfunkstandards 5G.  
Der aktuell im Bahnsystem verwendete 2G-basierte Mobilfunkstandard GSM-R aus den 1990er-Jahren ist zwar robust und sicher, jedoch für die bahnbetrieblichen Technologien der Zukunft nicht dimensioniert. Außerdem wird dieser Standard in den nächsten Jahren aufgrund von Obsoleszenz abgelöst. Für eine digitale Bahninfrastruktur im gesamten Streckennetz kommt zukünftig das sogenannte „Future Railway Mobile Communication System“ (FRMCS), basierend auf 5G-Technologie, zum Einsatz.  
FRMCS wird bestehende bahnbetriebliche Sprachanwendungen wie Punkt-zu-Punkt-Rufe, Gruppenanrufe oder den Eisenbahnnotruf (Railway Emergency Call, REC) sowie Datendienste wie das Europäische Zugbeeinflussungssystem (ETCS) und den automatisierten Fahrbetrieb (ATO) unterstützen. 

FRMCS erfüllt hohe Ansprüche an künftige Übertragungsraten, Latenzzeiten, Verfügbarkeiten und Verschlüsselungen. Das Design von FRMCS folgt zwei wichtigen Leitplanken: Zum einen der Entkopplung der Kommunikationsplattform von bahnspezifischen Applikationen und zum anderen die Nutzung von standardisierten, handelsüblichen Komponenten wo immer möglich. Der erste Aspekt stellt sicher, dass bei unterschiedlichen Lebenszyklen von Plattform und Anwendung beide Seiten weitgehend unabhängig voneinander aktualisiert werden können. Der zweite Aspekt ermöglicht eine kosteneffiziente, zug- und infrastrukturseitige FRMCS-Ausrüstung, da Standardkomponenten aus der Industrie verwendet werden, die auch in anderen Branchen zum Einsatz kommen. 

DB InfraGO und DB Erzgebirgsbahn haben im „Digitalen Testfeld Bahn“ im Erzgebirge eine Mobilfunk-Basisinfrastruktur in einer rund zehn Kilometer langen Teststrecke aufgebaut. Dort zeigt sich, wie die Integration und Validierung von Applikationen des digitalen Bahnsystems basierend auf FRMCS/5G und Cloud-Technologie in der Praxis funktioniert und wie der Flächenrollout der neuen Technologie möglich ist. Die FRMCS Versuchsumgebung wird genutzt für Entwicklungskooperationen mit der Industrie und für zahlreiche Forschungsprojekte, beispielsweise die EU-Projekte "5G-RAIL" und „FP2-MORANE-2“ sowie das dt.-frz. Innovationsprojekt "5G-RACOM".  

Um praktische Erfahrungen mit FRMCS und 5G zu sammeln, hat sich die DB im Jahr 2018 mit Siemens, der S-Bahn Hamburg und Nokia im Projekt Digitale S-Bahn Hamburg zusammengetan, um zu demonstrieren, wie ein vollautomatisierter Rangierbetrieb (GoA4) über 5G realisiert werden kann. In diesem Setup, das eine der weltweit ersten 5G-Standalone-Implementierungen darstellt, wurden sicherheitskritische Informationen zwischen Zug und Infrastruktur im Rahmen einer vollautomatischen Kehrfahrt in Echtzeit ausgetauscht. Dies wurde auf dem ITS-Weltkongress 2021 demonstriert. 
Das Leuchtturmprojekt FP2-MORANE-2 (Mobile radio for Railway Networks in Europe 2), gefördert durch die EU im Rahmen des Europe's Rail Programms, läuft von 12/2024 bis 09/2027 und soll die technischen Grundlagen schaffen, überprüfen und vervollständigen, um FRMCS weiter zu spezifizieren sowie frühe Pilotierungen und Validierungsaktivitäten zu ermöglichen. So werden beispielsweise Sprachanwendungen, die Datenapplikationen ETCS, ATO und TCMS, genauso wie Services wie Location and Positioning, Zeitstempeldienste und Interoperabilität geprüft. Die Tests im Feld finden in 4 Ländern Europas statt. Eines der Testumgebungen ist das Testfeld Erzgebirge unter Verantwortung der DB InfraGO. 
Das deutsch-französische Projekt 5G-RACOM läuft von 12/2022 bis 11/2025 und testet innovative Ansätze für den neuen Bahnfunkstandard. Erprobt werden hybride FRMCS-Netzwerke, bei denen der öffentliche Mobilfunk das bahnbetriebliche Funknetz ergänzt – z.B. als Rückfallebene oder für zusätzliche Kapazität. Hierbei kommen  Multipath-Protokolle zum Einsatz. Diese Protokolle wählen den jeweils besten Übertragungsweg in Bahn- und öffentlichen Mobilfunknetzen aus, stellen einen nahtlosen Betrieb zwischen den Netzen sicher und ermöglichen so eine hohe Zuverlässigkeit. 
Im abgeschlossenen Projekt 5GRAIL (5G for future RAILway mobile communication system), gefördert durch die EU im Rahmen des Horizon 2020 Programms, wurden bereits erste Prototypen für Zug und Infrastruktur entwickelt und eine Pre-Validierung erster FRMCS/5G Spezifikationen vorgenommen.

• Artikel in "Signal+Draht" | MORANE-2: Der finale Validierungsschritt für FRMCS Edition 1 | 05/2025 
• Artikel in "Signal+Draht" | Erste FRMCS/5G-Testumgebung in Deutschland für das Bahnsystem aufgebaut | 06/2023 
• Artikel in "Signal+Draht" | Innovative Antennentechnologien für FRMCS - Feldstudie bei 1,9 GHz | 11/2022 
• Artikel in "Signal+Draht" | 5G für das digitalisierte Bahnsystem der Zukunft – ein Ausblick auf FRMCS | 03/2022 
  

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