FRMCS/5G-Datenkommunikation

Durch die Digitalisierung des Bahnsystems wird die Echtzeitdatenübertragung zwischen Zug und Strecke durch eine hochleistungsfähige, drahtlose Verbindung immer wichtiger. Neben schnell getakteten Steuerinformationen durch die Verwendung des Europäischen Zugsicherungssystems ETCS in Verbindung mit z. B. Technologien des automatisierten Fahrens (Automatic Train Operation) müssen auch die von Sensoren und Kameras gesammelten Daten verarbeitet und übertragen werden. Dies führt zu steigenden Datenraten im Bahnbetrieb. Zudem fordern Systeme zur Vorbeugung und zum Management von Störungen geringe Latenzzeiten und eine hohe Zuverlässigkeit der Kommunikation. Voraussetzung hierfür ist ein leistungsfähiges Mobilfunknetz auf Basis des neuen Mobilfunkstandards 5G. Der aktuell im Bahnsystem verwendete 2G-basierte Mobilfunkstandard GSM-R aus den 1990er-Jahren, reicht für die Technologien der Zukunft nicht aus. Für eine digitale Bahninfrastruktur im gesamten Streckennetz kommt zukünftig deshalb das Future Railway Mobile Communication System (FRMCS), basierend auf 5G, zum Einsatz.

FRMCS erfüllt hohe Ansprüche an künftige Datenraten, 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 verwendet werden, die auch in anderen Branchen zum Einsatz kommen.

Die Digitale Schiene Deutschland hat 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. Diese ist Basis für die Erprobung von FRMCS/5G und Cloud Equipment verschiedener Hersteller.

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.

Im Projekt 5GRAIL (5G for future RAILway mobile communication system), gefördert durch die EU im Rahmen des Horizon 2020 Programms, arbeiten 18 europäische Partner gemeinsam an der Validierung der ersten FRMCS/5G Spezifikationen. Im Fokus liegt die Entwicklung und Erprobung von Prototypen des künftigen Bahnfunkstandards sowohl im Zug sowie entlang der Strecke.

• Erste FRMCS/5G-Testumgebung in Deutschland für das Bahnsystem aufgebaut | Juni 2023
• Artikel in "Signal & Draht" | Innovative Antennentechnologien für FRMCS - Feldstudie bei 1,9 GHz | 11/22
• Artikel in "Signal + Draht" | 5G für das digitalisierte Bahnsystem der Zukunft – ein Ausblick auf FRMCS | 03/22
• Executive Summary | Hybrid FRMCS 5G Architectures and Network Operation Models for Future Rail Operation | 10/21

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