GSM-R är dött – FRMCS är framtidens tågkommunikationssystem

SNC-Lavalins expert, David Gustavsson är specialist på tågkommunikationssystem och har märkt av ett ökat fokus på FRMCS (Future Railway Mobile Communication System), inte minst så i Europa när UIC höll en internationell konferens på sitt huvudkontor i Paris i somras, som samlade 2000 av världens experter. Vad innebär egentligen framtidens tågkommunikationssystem, FRMCS som väntar bakom knuten?

GSM för järnväg
GSM som mobil standard tog sina första stapplande steg redan 1991. Järnvägsindustrin anammade ganska snabbt och framgångsrikt denna standard och vidareutvecklade den till något som skulle komma att kallas GSM-R (for Railways). Det stora problemet med GSM-R på fordon, sett med dagens ögon, är att det i princip bara stödjer 2G standarden. 2G eller EDGE (2,5G) är otänkbart, men det är där som tågfordon befinner sig idag. Något som populärt kallas 5G/NR är utvecklat och möjliggör en stor bandbredd och en rad ytterligare funktioner. Det är med bakgrund av denna utveckling som industrin annonserat att den inte kommer att stödja GSM-R för evigt. 

En deadline för GSM-R varande är satt officiellt till 2030.

Hårt integrerat GSM-R

I dagens ETCS ombord på tågen så är GSM-R kommunikationen ganska så hårt integrerad. ETCS eller European Train Control System, är en europeisk standard för ATP, Automatic Train Protection som tillsammans med GSM-R utgör ERTMS, European Rail Traffic Management System som är ett standardiserat europeiskt signalsäkerhetssystem. Integrationen gör att det blir lite knepigt att uppgradera kommunikationsgränssnittet när en ny standard kommer. Tanken är att kommunikationen i framtidens ETCS ska vara mer modulär och att det ska vara enklare att uppgradera den, även om den fortfarande kommer att vara en del av godkännande av ETCS-produkten som helhet. Dvs, det kommer framöver vara enklare att uppgradera till 4G, 5G, 5G+ osv. 

Framtagandet av en ny standard
Grundtanken med ERTMS är att det ska vara interoperabelt och att det ska möjliggöra en gränsöverskridande trafik. Detta tillsammans med ungefär 100 user-cases har standardiseringsorganen som grund när de första FRMCS specifikationerna skapas. Dessa specifikationer ska sedan vara anpassade så att de fungerar i alla EU-länder. ERA (European Union Agency for Railway) beräknar att de kommer att kunna frisläppa den första vettiga versionen först om ett par år, det innebär att utvecklingen inte går så fort som väntat.

Dagens frekvensutrymme är fullt

Nästa problem som man brottas med är frekvensutrymmet. Dagen GSM-R använder sig av frekvensbanden 776-880 / 921-925 MHz (upp- och nedlänk). Räcker detta om man nu vill möjliggöra en rad nya funktioner där man spår att mycket data kan komma att skickas? Det kan bli problematiskt, för dagens frekvensutrymme är fullt! Publika nät samsas om utrymmet med militära och samhällsnyttiga frekvenser, även tillsammans med produkter som drönare, decttelefoner, WiFi, bluetooth, flyget, taxi, etc. Ja, listan kan göras lång.

Vem står för notan?
Ett ytterligare komplicerat område är att fordonsägare och operatörerna, som på något sätt måste betala för FRMCS, behöver se möjligheterna och fördelarna bortom kostnaderna för att implementera ett nytt kommunikationssystem. När ERTMS infördes så glömde överordnade myndigheter bort att göra den samhällsekonomiska kalkylen för införandet och även kalkylen för fordonsägarna och operatörerna. Men kommer styrande organ nu att kunna ta fram en kalkyl för införandet av FRMCS?

Säkerhetsrelaterad kommunikation
Under åren 2015 och 2016 så installerades det sk. GSM-R skyddsfilter på alla tågfordon i Sverige. Detta för att skydda GSM-R frekvenserna från de närliggande mobila frekvenserna (närmast ligger operatören ”3”s frekvenser). Hur ska detta hanteras om man börja använda mobiloperatörernas frekvenser för icke säkerhetskritisk kommunikation? Nya typer av filter?

Vidare behöver man utreda hur frågan om Cyber Security. Om systemen börjar öppna upp kommunikationen, hur kan de då skydda sig mot angrepp från hackers? Det finns faktiskt redan rapporter om att sådana angrepp redan skett.

Hårdvaran som möter specifikationerna
Finns då rätt hårdvara för FRMCS framtagen? Nja, 5G standarden har inte satt sig ännu. FRMCS specifikationerna finns förvisso i en förutgåva, men de är inte frisläppta. Det blir då svårt att få fram korrekt hårdvara i samband med att de officiella specifikationerna släpps. Någon leverantör menade att de kanske skulle kunna få fram någon 4G+ version i tidigt stadium men troligtvis vill leverantörerna nog avvakta lite ifall t ex 5G+ är aktuellt när själva införandet kommer att ske.

Tidsplaner för FRMCS
Under UITP mässan i Paris framkom det att FRMCS specifikationerna förväntas vara färdigställda någonstans kring 2022/23. Leverantörerna kanske kan ha en vettig hårdvara framme tills omkring 2024/25. Utrullningen av FRMCS kommersiellt i världen kanske utifrån det kan ske fr.o.m. 2026 och framåt.

När leverantörerna höll sina presentationer på UIC konferensen komplicerade det bilden, då många verkar vilja hålla liv i sina befintliga GSM-R system tills 2035, kanske längre än så, trots att deadline för GSM-R är bestämd till 2030. Med vetskap om att teknikskiften ofta tar tid så behöver det inte vara något dåligt. Men signalerna som detta skickar till marknaden medför med stor sannolikhet att många kommer dröja med att uppgradera sina kommunikationssystem tills detta blir en nödvändighet eller tills man tvingas till en förändring. GSM-R måhända är på utdöende men kanske ändå klarar sig förbi 2035.

David Gustavsson, SNC-Lavalins expert inom tågkommunikationssystem