LTE-R bei der Bahn: Breitband an den Bahnstrecken
LTE-R könnte die Bahnkommunikation ins Breitband-Zeitalter heben
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Der chinesische Netzwerkausrüster ZTE, in Deutschland als Lieferant und Betreiber von Netzwerkkomponenten des bisherigen E-Plus-Netzes bekannt, hat bei der Konferenz der internationalen Eisenbahngesellschaften (UIC) in Tokio die nächste Generation der Eisenbahn-Kommunikation vorgestellt: LTE-R (Long Term Evolution-Railroad).
Bislang funken die Eisenbahnen in einer vom GSM-Standard abgeleiteten "GSM-R"-Norm (Hintergrund), die nur zur internen Kommunikation des Bahnpersonals und zu einfachen (langsamen) Datenübertragung zwischen Zügen und der Zentrale dient.
Breitband für Bahnpersonal und Fahrgäste
LTE-R könnte die Bahnkommunikation ins Breitband-Zeitalter heben
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Bei ihrem Debüt auf der UIC-Highspeed-Konferenz in Tokio soll die LTE-R Lösung von ZTE zeigen, dass sie Video-Gruppenanrufe, Gruppen-, Privat-, Notfall-Anrufe und Rundrufe (Broadcast Calls) sowie Prioritätsfunktionen für Anrufe bietet. Die neue Lösung basiert auf dem neuesten B-TrunC-Standard und sei mit vorhandenen GSM-R Systemen kompatibel, während auch das False Answer Supervision (FAS)-System, Multimedia-Dispatching und sogar öffentliche Mobilfunknetze (Public Land Mobile Network (PLMN)/Public Switched Telephone Network (PSTN))-Netze bei LTE-R unterstützt werden könnten. Die neue Lösung soll außerdem Multimedia Trunked Dispatching (der Rangierlokführer sieht z.B. die Zugkupplung, wie sie einrastet), Videotelefonie, Echtzeit-Videoüberwachung und die Freigabe umfassender Fahrgastinformationen erlauben.
Selbst wenn man nicht so tief in der Technik steckt, wird klar, dass die neue LTE-R-Lösung, wenn sie denn eines Tages eingeführt werden sollte, gegenüber den bestehenden GSM-R-Bahnkommunikationssystemen und vorhandenen LTE Anwendungen wesentliche Leistungsverbesserungen bieten könnte. Die Ende-zu-Ende-Laufzeit für den Verbindungsaufbau soll weniger als 350 Millisekunden betragen, sagt ZTE, auch die Rufaufbauzeiten, die bei GSM doch einige Sekunden betragen können, würde drastisch verkürzt.
In diesem Frequenzspektrum funkt LTE-R
Für Sun Mingliang, Vizepräsident bei ZTE, ist klar: Die neue LTE-R-Technologie erlaube es den Bahngesellschaften, den Betrieb, die Wartung und die Sicherheit zu verbessern. In der LTE-R Lösung sollen Systeme für Videoüberwachung und Fahrgastinformation enthalten sein. Videoüberwachung soll in gefährlichen Bahnbereichen und beim Lokomotiven-Betrieb Wartung und Notfallmaßnahmen verbessern helfen. Außerdem erhalten die Fahrgäste aktuelle Reiseinformationen oder allgemeine Nachrichten - auch der Zugriff auf das Internet für die Passagiere wäre denkbar. Zusätzliche tragbare Eisenbahn-Notfalleinrichtungen wären eine Art "Basisstation" in einem 20-Zoll-Koffer, was die Bahnkommunikation auch in Notfällen ermöglichen soll.
Bei seiner LTE-R Lösung setzt ZTE auf FDD (Frequency Division Duplex)- und TDD (Time Division Duplex). Die FDD-Lösung basiert auf einer SDR (Software Defined Radio)-Plattform, bei der eine Basisstation sowohl GSM-R- als auch LTE-R-Services unterstützen kann ("Single-RAN"). Die TDD-Lösung unterstützt das bestehende GSM-R-900-MHz-Spektrum sowie das europäische erweiterte GSM-R-Spektrum. Weder das GSM-R-System noch das LTE-R-System erfordern ein Schutzband im Spektrum, sodass die FDD-Lösung für höhere Frequenzeffizienz sorgen kann. Die TDD-Lösung unterstützt dedizierte Frequenzbereiche unter 1 GHz und sorgt für bessere Broadcast-Möglichkeiten und bessere Performance. Unter Nutzung der flexiblen Uplink/Downlink-Proportion-Funktion des LTE-TDD-Betriebs kann die TDD-Lösung den Anwendern auch verschiedene Timeslot-Optionen bieten, z. B. 1:3, 2:2 und 3:1, je nachdem was gewünscht wird.
ZTE hat einen selbstadaptierende Frequenzkompensationsalgorithmus entwickelt, damit auch bei Geschwindigkeiten von 300 km/h praktisch kein Leistungsverlust auftritt. Ein "Superzellen-Algorithmus" reduziert die Anzahl der Übergaben zwischen benachbarten Zellen und gewährleistet die Service-Qualität. "Cloud Radio", eine patentierte ZTE-Technologie, soll die Störungen zwischen den Zellen reduzieren und den Durchsatz an den Zellengrenzen verbessern.
ZTE ist seit dem Start seiner Aktivitäten in der Branche im Jahre 1999 im Bereich der Bahntechnik tätig und hat Endgeräte, Basisstationen, Kernnetze und Service-Applikationen entwickelt.
Einführung in weiter Ferne
Da die allermeisten Bahngesellschaften wie die Deutsche Bahn noch ganz auf GSM-R setzen, wurde die LTE-R-Lösung so gestaltet, dass bestehende GSM-R-Technologie mit einbezogen und integriert werden kann. Das Kernnetz kann theoretisch von einem 2G-Netz in ein 4G-EPC-Netz (Evolved Packet Core) umgewandelt werden, da beide die gleiche Hardware-Plattform und den gleichen Service-Einsatz verwenden.
Ein Startdatum für LTE-R ist noch lange nicht in Sicht. Die Deutsche Bahn beispielsweise übeträgt bislang die Daten in der angejahrten, aber bewährten, wenn auch langsamen CSD-Technologie (Circuit-Switched-Data), die zwischen 9600 und 14 400 Bit/s erlaubt. Die Einführung von GPRS-EDGE soll in den nächsten Jahren im Eisenbahn-GSM-R-Funk angestrebt werden. UMTS-Technologie findet bei Bahnen überhaupt keine Anwendung.
Aus Sicherheitsgründen wird GSM-R wird nur für bahninterne Kommunikation verwendet, die Nutzung durch Passagiere war anfangs einmal im Gespräch (z.B. für Telefonzellen im Zug und auch nur im störungsfreien Normalfall), aber die Passagiere sind heute in der Regel mit eigenen Endgeräten in den öffentlichen Netzen unterwegs.
Die beispielsweise in deutschen ICE-Zügen eingebauten WLAN-Bordnetze wurden anfangs über ein spezielles Mobilfunknetz der Deutschen Telekom im 450-MHz-Band realisiert (Frequenzen des ehemaligen analogen C-Netzes, in Flash-OFDM-Technologie, quasi ein Vorläufer von LTE) und werden inzwischen über das öffentliche LTE-Netz oder UMTS-HSPA gespeist.
Fahrscheinkauf per Video-Chat, Navigation zum reservierten Platz, Fußballspiel auf der ICE-Scheibe und Kaffee aus dem Bordbistro per App - ob und wann diese Zukunftstechniken in die Bahn kommen, erläutern wir in einem separaten Artikel.