GSM-R
GSM-R ( Global System for Mobile Communications – Railway)またはGSM-Railwayは、鉄道通信およびアプリケーション 用の国際的な無線通信規格です。
欧州鉄道交通管理システム（ERTMS）のサブシステムであり、列車と鉄道管制センター間の通信に使用されます。このシステムはGSMおよびEIRENE-MORANE規格に基づいており、最高速度500 km/h（310 mph）まで通信ロスなく動作することを保証します。
GSM-RはLTE-Rに取って代わられる可能性があり[ 1 ] 、最初の製品実装は韓国で行われています。[ 2 ]しかし、LTEは一般的に「 4G 」プロトコルと考えられており、UICのFuture Railway Mobile Communication System（FRMCS）プログラム[ 3 ]では「 5G」ベース（具体的には3GPP R15/16、つまり5G NR）への移行が検討されており[ 4 ] 、 2つの技術世代をスキップすることになります。[ 5 ] [ 6 ]
歴史
GSM-RはGSM技術を基盤とし、GSM技術のスケールメリットを活かし、互換性のない既存の線路内ケーブルやアナログ鉄道無線ネットワークをコスト効率よくデジタル化して置き換えることを目指しています。ヨーロッパだけでも35種類以上のシステムが存在すると報告されています。[ 7 ]
この規格は、単一の通信プラットフォームを用いた相互運用性の実現を目指し、欧州の様々な鉄道会社が10年以上にわたって協力してきた成果です。GSM-Rは欧州鉄道交通管理システム（ERTMS）規格の一部であり、信号情報を列車の運転手に直接伝達することで、高い安全性を保ちながら列車の速度と交通密度の向上を実現します。
欧州連合（EU）が資金提供したMORANE（欧州鉄道網向け移動無線）プロジェクトに基づいて、2000年に仕様が確定しました。この仕様は、国際鉄道連合（IU）のプロジェクトERTMSによって維持管理されています。GSM-Rは、EU加盟国全土に加え、アジア、ユーラシア、北アフリカ諸国を含む世界38カ国で採用されています。
GSM-Rは、運転手、指令員、入換作業員、機関士、駅管制官など、鉄道運行スタッフ間の音声およびデータ通信のための安全なプラットフォームです。グループ通話（ VGCS）、音声ブロードキャスト（VBS）、位置情報に基づく接続、緊急時の通話優先などの機能を提供します。これにより、貨物追跡、列車内および駅構内の ビデオ監視、旅客情報サービスなどのアプリケーションがサポートされます。
GSM-Rは通常、鉄道に近い専用基地局マストを使用して実装され、トンネルのカバレッジは指向性アンテナまたは「リーキー」フィーダー伝送を使用して実現されます。基地局間の距離は7～15 km（4.3～9.3 mi）です。これにより、高度な冗長性と、より高い可用性と信頼性が実現されます。ドイツ、イタリア、フランスのGSM-Rネットワークには3,000～4,000の基地局があります。欧州列車制御システム（ETCS）レベル2または3が使用されている地域では、列車は常に列車制御センターへの回線交換デジタルモデム接続を維持します。このモデムは通常のユーザーよりも高い優先度で動作します（eMLPP）。モデム接続が失われると、列車は自動的に停止します。
上位システム
GSM-R は、 ERTMS (欧州鉄道交通管理システム) の一部であり、次の要素で構成されています。
- ETCS（欧州列車制御システム）
- GSM-R
- ETML（欧州交通管理層）
- EOR（欧州操業規則）
周波数帯域
GSM-R は、世界中で使用されている E-GSM (900 MHz-GSM) またはDCS 1800 (1,800 MHz-GSM)周波数帯域のいずれかで実装されるように標準化されています。
ヨーロッパ
ヨーロッパには、すべてのEU加盟国とアルバニア、アンドラ、アゼルバイジャン、ボスニア・ヘルツェゴビナ、ジョージア、アイスランド、リヒテンシュタイン、北マケドニア、モルドバ、モナコ、モンテネグロ、ノルウェー、サンマリノ、セルビア、スイス、トルコ、ウクライナ、英国、バチカン市国を含む CEPT 加盟国が含まれます。
ベラルーシとロシアは、以前はCEPTのメンバーでしたが、2022年3月18日午前0時（中央ヨーロッパ時間）から、無期限にメンバーシップが停止されました。CEPT総会は、CEPT議長によるメンバーの投票を受けてこの決定を下し、2022年3月17日にその決定を発表しました。 [ 8 ]
GSM-Rは特定の周波数帯域を使用しており、これは「標準」GSM-R帯域と呼ばれることもある。[ 9 ]
- アップリンク: データ伝送に使用される876～880 MHz
- ダウンリンク: データ受信に使用される921～925 MHz
ドイツでは、この帯域は873～876MHzと918～921MHzの範囲で追加チャンネルが追加されました。[ 10 ]以前は地域中継無線システムに使用されていましたが、新しい周波数の完全使用は2015年を目指しています。[ 11 ]
中国
GSM-RはE-GSM帯域（900MHz-GSM）の4MHzの広い範囲を占有する。[ 12 ]
- アップリンク: 885～889 MHz
- ダウンリンク: 930～934 MHz
インド
GSM-Rはインド鉄道が保有するP-GSM帯域（900MHz-GSM）の1.6MHzの広い範囲を占有する：[ 13 ] [ 14 ]
- アップリンク: 907.8～909.4 MHz
- ダウンリンク: 952.8～954.4 MHz
オーストラリア
GSM-RはDCS1800バンド内で実装されている[ 15 ]
- アップリンク: 1,770～1,785 MHz
- ダウンリンク: 1,865～1,880 MHz
DCS 1800帯域は当初、95MHzのデュプレックス間隔で2×2.5MHzの2つの区画に分割され、オークションにかけられました。国鉄事業者は、GSM-Rを展開するために、2×15MHzの周波数帯をカバーする、ほとんどがグループ化されていない6つの区画を取得しました。[ 16 ]
州鉄道事業者は、アデレード、ブリスベン、メルボルン、パース、シドニーにおいて、鉄道安全・管制通信用に1800MHz帯の2×10MHzを再免許した。南オーストラリア州計画運輸インフラ省（アデレード）を除く全事業者は、1800MHz帯の2×5MHzを、オーストラリア政府が設定した商用料金で再免許した。[ 17 ] [ 18 ]
GSM-Rにおける技術周波数の使用
使用される変調方式はGMSK変調（ガウス最小偏移変調）です。GSM-RはTDMA（時分割多重アクセス）システムです。データ伝送は、各搬送周波数（物理チャネル）ごとに、周期的なTDMAフレーム（周期4.615ミリ秒）で構成されます。各TDMAフレームは、論理チャネルと呼ばれる8つのタイムスロット（各タイムスロットの長さは577マイクロ秒）に分割され、148ビットの情報を伝送します。
LTEモバイル通信はGSM-Rに比較的近い周波数帯を割り当てられているため、GSM-Rに干渉するのではないかと懸念されています。これにより、ETCSの通信障害や、通信途絶による突然の緊急ブレーキなどが発生する可能性があります。[ 19 ]
その結果、列車内や線路脇での能動的な自動テストを使用してGSM-R干渉を監視および管理する傾向が高まっています。[ 20 ]
現在のGSM-Rバージョン
GSM-R標準仕様は2つのEIRENE仕様に分かれている。[ 21 ]
- 機能要件仕様（FRS）：より高次の機能要件の定義
- システム要件仕様（SRS）：機能要件をサポートする技術ソリューションの定義
EIRENEは、「相互運用性技術仕様」（TSI）を、他の欧州ネットワークとの互換性を維持するために遵守すべき必須仕様として定義しています。現在のTSIはFRS 7とSRS 15です。EIRENEはまた、「暫定版」と呼ばれる非必須仕様も定義しています。これは、次期TSIで必須となる可能性のある追加機能を定義します。現在のバージョンは、2015年12月21日時点のFRS 8.0.0とSRS 16.0.0です[ 22 ]。GSM -R仕様は比較的安定しており、最新の必須アップグレードは2006年でした。GSM-Rバージョンの完全なタイムラインは次のとおりです[ 23 ]。
- 2000年12月: FRS 5/SRS 13、広く導入された最初のバージョン
- 2003年10月: FRS 6/SRS 14
- 2006年5月: FRS 7/SRS 15、現在のTSI
- 2010年6月: FRS7.1/SRS 15.1、現在の暫定バージョン。TSIからの主な追加機能は、入換無線とETCSデータ専用無線です。
GSM-R の現在のバージョンは、R99 と R4 の両方の 3GPP ネットワークで実行できます。
GSM-Rは
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GSM-R は、いくつかの分野でモバイル通信の新しいサービスとアプリケーションを可能にします。
- 長距離公共放送（LLPA）のアナウンスを遠隔地の放送局へ送信
- 制御と保護（自動列車制御/ ETCS）とERTMS
- 列車運転士と規制センター間の通信
- 船内作業員のコミュニケーション
- ETCSの情報送信
- 駅、分類ヤード、線路間の通信
これは、ETCSレベル2およびレベル3において、列車と鉄道指令センター間のデータ伝送に使用されます。列車がユーロバリスを通過すると、新しい位置と速度を送信し、次の線路への進入許可（または不許可）と新しい最高速度を受信します。
他のGSMデバイスと同様に、GSM-R機器はデータと音声を送信できます。モバイル通信用の新しいGSM-R機能はGSMに基づいており、EIRENEプロジェクトによって規定されています。通話機能は以下のとおりです。
- PtP通話：ポイントツーポイント通話、通常のGSM通話と同じタイプの通話
- VGCS :音声グループ通話システム。トランシーバー通信に非常に似ていますが、ネットワークによって処理される単一のアップリンクを使用します（一度に話すことができるのは 1 人だけです）。
- VBS :音声ブロードキャスト システム。VGCSに似ていますが、通話の開始者のみが話すことができます (他のユーザーは聞くだけです)。
- REC：鉄道緊急通報は、299として定義された特別なVGCSであり、可能な限り最高の優先度（0）を持ちます。
- SEC：入換緊急通報は、可能な限り最高の優先度（0）を持つ599として定義された特別なVGCSです。
- さまざまな通話（PtP、VGCS、VBSm、REC、SEC 通話）の優先制御
他にも追加機能があります:
- 機能アドレス指定、一時的な機能ユーザー（電車の機関士など）を知っているだけで、GSM-R ネットワークに登録されている人を呼び出すためのエイリアス システム
- 位置依存アドレス指定、事前に定義された短いコードをダイヤルすることで、現在の列車の位置に関して最も適切な列車コントローラを呼び出すルーティングシステム
- 入換モード: ユーザーが線路上で作業する場合。
GSM-Rの機能
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ASCI（Advanced Speech Call Items）機能
以下の定義は、EIRENE標準で定義されているシステム要件仕様（SRS）の一部です。[ 24 ]
VGCS（音声グループ通話サービス）
- VGCSを使用すると、多数のユーザーが同じ通話に参加できます。この機能は、PTTキー（プッシュ・トゥ・トーク）を使用したアナログPMR （プライベートモバイルラジオ）グループ通話を模倣しています。
- 話者、聞き手、ディスパッチャーの3種類のユーザーが定義されています。話者はPTTキーを離すことで聞き手になり、聞き手はPTTキーを押すことで話者になります。
- VGCSがマルチパーティ通話（GSMの電話会議機能）と比較した場合の利点の一つは、スペクトル効率です。多くのユーザーが同一セル内にいる場合、すべてのリスナーが1つの周波数を使用し、通話者は2つの周波数を使用します（ポイントツーポイント通話の場合と同様）。マルチパーティ通話では、各ユーザーに1つのタイムスロットが割り当てられます。マルチパーティ通話と比較した場合の2つ目の利点は、どのモバイル端末が通話に参加するかを知る必要がないことです。VGCS通話は、モバイル端末が事前に該当グループの受信を有効にしていることを条件に、純粋に地理的な位置に基づいて確立されます。
VBS（音声放送サービス）
- VBSはブロードキャストグループ通話です。つまり、VGCSとは異なり、通話を開始した人だけが発言でき、他の参加者はリスナーとしてのみ通話に参加できます。この種の通話は、主に録音されたメッセージをブロードキャストしたり、アナウンスをしたりするために利用されます。
REC（鉄道緊急通報）
- RECは緊急通報専用のグループ通話（VGCS）です。優先度の高い通話です（REC優先度はレベル0です。下記eMLPPを参照）。
SEC（入換緊急呼び出し）
入換緊急通話は、番号599の専用グループ通話です。この通話は、最高優先度0の緊急レベル優先度で確立されます。SECは、入換操作用に登録されたデバイスによって有効化され、使用されます。この通話が確立されると、現在設定されているエリアまたはセルグループ内のすべての有効化されたデバイスで通話が自動的に受け入れられます。[ 24 ]
マルチレベル優先順位および先取特権サービス (eMLPP)
- ユーザーの優先度を定義します。優先度レベルは以下のとおりです。
- A と B: 最高優先度レベル (GSM-R ネットワークでは使用されません)
- 0: ASCIおよび通常の呼び出しの最高優先度レベル（主にREC呼び出しに使用）
- 1: レベル0より優先度が低い
- 2: レベル1よりも優先度が低い
- 3: レベル2よりも優先度が低い
- 4: 最低の優先度レベル（デフォルトの優先度、ポイントツーポイント通話に割り当てられます）
- 優先度 0、1、2 の通話には、タイマー付きの自動応答機能も利用できます。
GSM-R番号計画
EIRENE SRS文書は、GSM-Rの固定番号計画を定義しています。これは番号プレフィックスによって定義されます。
接頭辞 使用法の定義 1 短縮コード用に予約済み 2 トレーニング機能番号 3 エンジン機能番号 4 コーチ番号 50 グループ通話 51 ブロードキャスト通話 52～55 国際使用のために予約されています 56～57 国内使用のみ 58 システム使用のために予約済み 59 システム使用のために予約済み 6 保守・入換チームのメンバー 7 列車管制官 8 携帯電話加入者番号 9 ブレイクアウトコードと国内使用のために予約されています 0 パブリックまたは他の GSM-R ネットワークへのアクセス用に予約されています
これらの番号は、HLRで定義されているMSISDNまたは短縮ダイヤルコードの機能登録および固定エントリとして使用されます。例えば、807660は携帯電話加入者のMSISDNを定義します。23030301は、列車番号30303とユーザー01のロールに関連付けられた機能番号です。
アイリーンの特徴
機能番号管理
- 機能番号
- 移動局をその機能によって呼び出すことができます: 列車 xxx の運転手、...
- 使用するもの:
- USSDとFollow Me
- UUS1（ナンバーディスプレイ用）
- 機能番号
- 位置依存アドレス指定
- 移動局から、その移動局が位置するエリアで機能を実行している (通常は) 固定加入者/ディスパッチャへの通話を確立します。
- 位置依存アドレス指定
通話終了の確認
- 通話終了確認機能は、最高優先度（優先度レベル 0）のグループ通話（VGCS）およびブロードキャスト通話（VBS）でのみ使用できます（eMLPP を参照）。
- これは、高優先度通話に参加したすべての移動局（発信者を含む）から送信される通話終了レポートで構成されます。このレポートには以下の情報が含まれます。
- 通話タイプ
- 通話時間
- 移動局ID
- 通話終了の理由：正常、ユーザーによる終了、ユーザーによるモバイルステーションの電源オフ、バッテリー残量不足による電源オフ、…）
- …
- レポートを送信できない場合（モバイル ステーションの電源がユーザーによってオフにされたか、バッテリ残量が少ないためにオフにされた）、モバイル ステーションは次回の電源オン時にレポートの送信を再試行します（必要な場合は複数回）。
入換モード
- シャント モードは、シャント通信へのユーザー アクセスを規制および制御するアプリケーションです。
- 無線リンクが機能していることをドライバーに安心させるために、リンク保証信号 (LAS) が提供されます。
ダイレクトモード
- ダイレクト モードはトランシーバー モード (移動局がネットワークなしで相互に通信する) であり、Eirene で提案されましたが、アナログ無線に基づいているため適用されたことはありません。
- Sagemcom は、GSM-R 仕様では現在認識されておらず、周波数割り当てもない GSM ダイレクト モードを開発したと主張しています。
GSM-R市場
GSM-R市場グループ
GSM-R市場は様々なグループによって構成されています。[ 25 ]
- ネットワーク事業者と鉄道事業者
以前のユーザー: 国： ネットワークオペレーター: 鉄道事業者: 装置： 製造中止： コメント: フィンランド ヴァイラヴィラスト VR ノキア・シーメンス・フリークエンティスAG 2019年4月30日 ユーザーは、既存のTETRAベースの国営VIRVE政府無線ネットワークに切り替えられました。これは、サポート終了となった現在のGSM-Rネットワークを置き換える選択肢よりも優先されました。[ 27 ] [ 28 ]
GSM-Rを使用する鉄道
オーストラリア
ニューサウスウェールズ州交通局は、キアマ、マッカーサー、リスゴー、ボンダイジャンクション、ニューカッスルを境界とする全長1,455キロメートル（904マイル）の電化鉄道網（70キロメートル（43マイル）をカバーする66のトンネルを含む）全体に、既存のアナログ式メトロネット列車無線をGSM-Rで置き換えるデジタル列車無線システム（DTRS）を導入している。この置き換えは、ウォーターフォール鉄道事故に関する特別調査委員会の勧告を満たすものであり、鉄道職員に共通の通信プラットフォームを提供する。この装置は、約250か所とトンネル内の60か所以上に設置される。古いアナログネットワークは2020年に解体された。[ 29 ]
ビクトリア州公共交通局は、メルボルンの鉄道網にGSM-R方式のデジタル列車無線システム（DTRS）を導入しました。これは、旧来の都市列車無線システム（UTRS）に代わるものです。このシステムは約100箇所に設置され、その費用は1億5,200万ドルでした。[ 30 ]
フランス
フランスでGSM-Rの完全カバー範囲で開通した最初の商業鉄道路線は、パリ東駅とストラスブールを結ぶLGV Est européenneです。この路線は2007年6月10日に開通しました。
- 2007年6月10日（日）午前6時43分、ドイツの旅客鉄道（DB ）の高速列車ICEが、この路線で初めて運行されました。ICEはパリ東駅とザールブリュッケン（ドイツ）を結びました。
- 同日午前7時15分、フランスの国鉄SNCFの最新世代高速列車TGV POSが運行を開始した。この列車はストラスブールとパリ（パリ東駅）を結んだ。[ 31 ]
イタリア
2008年現在、イタリアでは9,000キロメートル（5,600マイル）以上の鉄道路線がGSM-Rインフラでサービス提供されている。この数には、一般路線と高速路線、そして1,000キロメートル（620マイル）以上のトンネルが含まれる。他のイタリアの携帯電話事業者とのローミング契約により、GSM-Rが直接サービスを提供していない路線もカバーできる。フランスとスイスの鉄道会社ともローミング契約を締結しており、今後他の国々にも拡大していく予定である。[ 32 ]
オランダ
オランダでは、すべての路線がカバーされており、テレレールと呼ばれる古いシステムは2006 年に廃止され、GSM-R が導入されました。
ノルウェー
ノルウェーでは、2007 年 1 月 1 日に、古いScanetネットワークに代わって、GSM-R ネットワークがすべての回線で開通しました。
現在、Jan Erik Grytdalと彼のチームは、全長4200kmのノルウェー鉄道網全体をカバーするネットワークの運用と保守を任されています。彼は、コアネットワーク担当としてJon Greger Madsen、Goran Lazic、Shelley Zhouにサポートされ、無線担当はØyvind Risanです。ネットワークプランナーは、Einar Mogstad、Morten Helle、Frederik Norberg、Ameen Chilwanです。さらに、彼は、GSM-RテクノロジーからFRMCSと呼ばれる新しい5Gベースのテクノロジーへの移行に積極的に取り組んでいるStein Svaet、Geir Olav Lauritzen、Tore Øwreという優秀な専門家からなるダイナミックなチームを率いています。チームが提供するサービスは、Rune Nordgård、Tina Brækken、Gro Sjålandが管理し、Amalie Forfodが財務を管理しています。ノルウェーの鉄道網の17%はトンネル内にあるため、GSM-Rはトンネルもカバーしています。ノルウェーではほとんどのトンネルに中継ソリューションが導入されており、トーマス・ヒルシュ氏とモーテン・バッケリ氏がその責任者を務めています。
イギリス
 | このセクションは更新が必要です。（2018年4月） |
従来の VHF 205 MHz 全国無線ネットワーク (NRN) と UHF 450 MHz 郊外キャブ セキュア ラジオ(CSR) システムを置き換えることを目的とした、14,000 km (8,700 マイル) を超える GSM-R 対応鉄道の導入が、2016 年 1 月をもって完了しました。
- 2013 年 10 月までに、スコットランドへのウェスト コースト メイン ライン(WCML) とイースト コースト メイン ライン(ECML) の両方が GSM-R でカバーされ、英国の鉄道運営会社Northern Railはイングランド北部および北西部の多数の路線で GSM-R を実装しました。
- 2013年春、英国鉄道運行会社協会のウェブサイトGSM-R Onlineは、CA15の最終セクションが稼働したため、英国GSM-Rシステムの南半分の実装が完了したと発表した（英国GSM-Rプロジェクトの実装により、西部のセヴァーン川から東海岸のウォッシュ川まで走る地図上の線で本土の北と南が分割された）。インフラストラクチャとインストール作業はこの分割の北で続行された。英国のGSM-Rネットワークは当初、2013年までに完全に運用開始されると予想されていたが、機器の取り付けの遅れにより、延期される可能性が高くなった。しかし、鉄道安全基準委員会の文書では、英国の電気通信規制当局であるOfcomが既存のNRN 205MHz周波数を2015年までに撤回すると示されていた。英国のGSM-Rネットワークのコストは当初12億ポンドとされていた。ただし、そのコストにはWCMLは含まれていなかった。
- カンブリアン線ERTMS（プルヘリ～ハーレフ間）リハーサルは2010年2月13日に開始され、2月18日に無事終了しました。リハーサルでは、運転士の慣熟訓練と実技運転の段階において、この路線におけるGSM-R音声の運用状況をモニタリングする絶好の機会となりました。最初の列車は8時53分にプルヘリを出発し、ERTMSレベル2運用で運行されました。運転士と信号係の間の唯一の通信手段はGSM-R音声でした。
- ネットワークレールは、 GSM-RネットワークのRSV試験用に購入した試験列車をダービーに設置しました。この列車は、ガトウィック・エクスプレスの車両を再利用したものです。590万ポンドをかけて特別に製作されたこの列車は、RSV（無線信号検証）列車と呼ばれ、ニューポート・シナジー計画とカンブリアン線の監視を開始しました。
- 2009 年 9 月 2 日に、ラグビーからストークまでの区間が開通しました。
- WCML 南端で GSM-R を使用する最初の列車 (ヴァージン トレインズ ウェスト コースト390034 、マンチェスター ピカデリー9:15 発ロンドン ユーストン行き) は、2009 年 5 月 27 日に運行されました。これは、ストラスクライド鉄道の試験運用以外で GSM-R を搭載して旅客サービスで運行された最初の車両でした。
- スコットランドのノース・クライド線では、2007年から完全に機能するGSM-Rシステムの試験運用が行われてきました。しかし、試験運用が始まる数年前から、クルーとウェンブリー間のWCMLの一部など、列車検知に車軸カウンターが使用される一部の場所では、GSM-Rは音声のみの目的で使用されていました。これは「暫定音声無線システム」(IVRS)として知られていました。
2016年春現在、英国ネットワークレールがVHF列車無線通信を採用しているのは、スコットランドのハイランド線とファーノース線の一部区間のみである。これらの区間では、180MHz付近のOfcom（オフコム）の周波数帯を改良した無線電子トークンブロック（ RTEB）システムが利用されているが、この地域でのGSM-Rシステムの導入には実際的な困難が伴うため、このシステムは全国GSM-R計画から除外されている。現在、英国ネットワークの100%がGSM-Rでカバーされている。[ 33 ]
ギャラリー
- ニュルンベルク-インゴルシュタット高速鉄道のGSM-R送信塔
- 格子マスト上のキャサリン GSM-R パネル アンテナ
参考文献
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外部リンク
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