FRMCS及其在芬兰铁路安全相关通信中的作用

铁路安全的现状通信在芬兰，我们的初步计划和考虑如图1所示。简单地说，我们将需要一个新的解决方案，以便能够在未来提供语音和数据通信服务。我们有一个清晰的愿景，如何继续，但目前的情况是相当复杂的，有许多依赖，部分超出我们的控制。因此，提出的时间表是一个草案，它是基于某些假设和估计。

FRMCS规范和标准化

未来铁路移动通信系统(FRMCS)规范正处于密集阶段，该系统正在成型。图1展示了FRMCS规范和标准化工作的主要参与者及其估计时间表。

图1:芬兰FRMCS球场和初步时间表考虑。

所有无线电系统的一个先决条件是拥有具有适当无线电信号传播特性的频谱。的国际铁路联盟(UIC)协调游说工作，为FRMCS获得频谱。这导致了欧洲委员会(EC)授权欧洲邮政和电信管理局会议(CEPT)及其电子通信委员会(ECC)定义无线电频谱，并为其协调限制最少的技术条件。欧盟的最终决定预计将在2021年的某个时候做出。因此，铁路将把现有的GSM-R频段在900兆赫范围内扩展，并在1900兆赫范围内增加一个新的频段。当国家批准分配这些频率时，先决条件就满足了。

5G无线接入，甚至5G独立(SA)，已经在公共移动网络中成为现实。UIC制定了一个FRMCS项目，该项目与利益相关者一起为FRMCS指定功能、系统和一些接口需求。目标是获得尽可能全面的第一阶段规范(FRMCS V1)，并在2022年将其纳入CCS TSI修订版。第二阶段的补充包(FRMCS V2)将在稍后的CCS TSI修订版中被包含，可能在2025年。挑战在于，CCS TSI第一版的内容尚不清楚。

除了这些铁路的具体要求外，FRMCS设备需要基于欧洲统一标准。欧洲电信标准协会(ETSI)是欧洲标准组织(ESO)的成员，也是第三代伙伴关系项目(3GPP)的七个组织伙伴之一，该项目为5G等蜂窝通信技术制定全球标准。FRMCS也将导致3GPP标准的一些变化。FRMCS的变化只是3GPP工作的一小部分，我们完全依赖他们发布5G标准的时间表。根据欧盟的要求，ETSI将为FRMCS指定必要的补充欧洲标准，并将在2022年底之前交付。

这些标准化问题是相当复杂的，但我们需要贡献并密切关注这个标准化工作的进展和内容，以便在需要时能够改变我们的计划。主要的标准化里程碑如图1所示。

语音通信

在拆除GSM-R网络后，我们开始使用公共当局的全国任务关键无线网络，用于铁路安全相关的语音通信。图1显示了公共保护和救灾(PPDR)窄带网络，称为Virve。对我们来说，这是一个非常划算的解决方案，用户对它的服务很满意，所以我们没有必要改变这种情况。网络技术是旧的窄带TETRA技术。Virve 2.0是一个正在进行的项目，其任务是在2020年将TETRA通信转移到基于4G/5G的宽带网络。因此，在TETRA网络关闭之前，我们也必须为大约5000名铁路移动用户找到一个新的解决方案。挑战在于，真正的关闭日期还不知道，因此我们需要密切关注公共当局的Virve 2.0宽带项目的发展和进展。

持票人独立的方法

图2说明了针对铁路语音通信业务的承载独立方法。这幅画说明了一切。我们的起点是2014年，当时GSM-R设备的寿命即将结束，我们开始计划和准备如何继续提供语音通信服务。决定从TETRA网络购买通信服务，并对TETRA列车收音机进行改造。主要的理由是成本(投资和运营)。GSM-R升级的中期投资被认为太高，因为在切换到新的FRMCS之前的使用时间很短。芬兰是欧盟的一个铁路岛屿，在等待FRMCS规范和市场推出期间，我们获得了欧盟的临时减损。

图2:URCA平台提供互联功能，实现承载独立铁路通信。

在GSM-R到TETRA的迁移阶段，由于TETRA网络中缺少互连功能和一些铁路专用功能，我们需要指定一个独立于承载的通信和应用平台——我们称之为统一铁路通信应用(URCA)平台。URCA合并了GSM-R、TETRA和公共移动网络，为功能身份注册、语音呼叫和紧急呼叫(例如EIRENE功能)提供了统一的平台。URCA通过在智能手机上使用铁路专用功能注册应用程序，使大多数铁路功能也可以在公共移动网络中使用。我们称之为rapli应用程序。URCA和新的完全基于IP的RAPLI将在下一次通信传输到FRMCS兼容的无线电接入网(RAN)并以互操作的方式发挥重要作用。

基于无线网络的列车控制系统

交通和交通部设立了Digirail项目该计划的目标是到本世纪40年代为整个铁路网引入基于无线电网络的现代列车控制系统。根据欧盟的要求，欧洲轨道交通管理系统(ERTMS)也将取代传统的B类系统。该项目最近开始的新开发和验证阶段将持续到2027年底。它的目的是定义和验证“概念证明”，这将首先用于商业试点轨道，然后在国家推出阶段的地下铁路项目。推荐的无线网络是基于5G的FRMCS，它将依赖于商业运营商的可用RAN，如果满足足够的服务质量(QoS)要求。在决定2022年期间实施RAN的方式之前，将通过测量来验证这一点。Digirail项目的时间表如图1所示。

FRMCS上市时间计划是否满足要求?

FRMCS上市时间计划对我们来说非常关键。不幸的是，我们现在还不知道。我们积极估计，稳定的产品将在2026年上市。对于我们的商业ETCS试点项目，最迟在2026年，我们需要符合CCS TSI标准的稳定ETCS，而不是FRMCS车载和轨道旁产品。ETCS L2试点轨道的长度小于200公里，我们的目标是使用公共移动网络运营商(MNO)的4G/5G RAN进行试点。

在我们开始从TETRA网络迁移到FRMCS之前，我们还需要一个符合FRMCS的RAN，用于覆盖5700公里轨道的语音通信服务。今天，我们不知道TETRA网络的真正关闭日期。可能在2026年到2030年之间。因此，提出的语音服务时间表是基于上述FRMCS上市时间的假设。

我们可能需要根据FRMCS标准化的进展和实时市场日期来调整ETCS和语音通信项目的时间表。

基于5g的FRMCS能为铁路的未来带来什么?

5G通常与新频谱、大规模多输入多输出(MIMO)、网络切片、双连接云实现和边缘计算相关，这将实现超可靠的低延迟通信，并将推动移动宽带数据速率超过10 Gbps。这些是铁路未来的重要需求吗?它们是具有成本效益、可靠的窄带通信服务(语音、ETCS、ATO)吗?

这些要求在FRMCS系统需求规范(RSR)文件草案中进行了定义。FRMCS系统应提供应用程序环境与网络层的清晰分离和解耦。该系统应能够支持多个RAN，并应容易实现技术演进。该系统应支持共享原则和服务，并允许多种组织/所有权/控制模式。

如果FRMCS能够满足所有这些要求，它将为与公共MNO、PPDR组织和铁路在网络共享和混合解决方案方面的合作打开新的和多功能的机会，因为它们都将在不久的将来使用5G移动技术。

当公共MNOs在700-2100 MHz区域(计算上行和下行频带合计480/20 MHz)有大约24倍的可用频带，在2.6 - 28 GHz区域有147倍的可用频带时，仅使用FRMCS专用频带(900 MHz FDD 2x5MHz和1900 TDD 10MHz)建设铁路宽带服务在经济上是否可行?5G小区容量(数据吞吐量)直接取决于可用频谱，根据香农定律:容量≈频谱x天线x log2(1 +信噪比)。

我们正处于5G基础通信系统的规划和引入的初期。5G技术将开启新的、多功能的机会，这是GSM-R不可能实现的。让我们保持这些开放，不要用立法来不必要地限制它们。