Neue 5G-Kommunikation für die Bahn: Weltweit wird nachgebessert

Über GSM-R dem GSM-Rail­road-Stan­dard können Lokführer von Eisenbahnen auch mobil telefonieren. Das GSM im Namen meint zwar auch das GSM für die Öffentlichkeit, in diesem speziellen Fall wurde das Mobilfunksystem aber nochmal um Bahn-spezi­fische Punkte erwei­tert. Es beinhaltet also exklusive Frequenzen und es gibt eigene SIM-Karten. Wer 3G und 4G bei der Bahn sucht, der wird wohl nicht fündig. Diese Mobilfunksysteme sind an den Bahnen welt­weit vorbei gegangen, Man verwendet immer noch GSM-R bei 800 MHz (unter­halb des E-GSM-Bandes). Und zwar zur Zugsteue­rung, Siche­rung und Kommu­nika­tion des Zugper­sonals mit den Stell­werken oder Fahr­dienst­leitern.

Aber auch die Bahnen müssen mal im digitalen Zeitalter ankommen. In der Vergangenheit wurde dafür schon mehrfach über LTE-R, also ein spezielles LTE-System für Züge, disku­tiert. Bisher ohne Erfolg. Doch jetzt will man in Europa hoch hinaus. Das sogenannte „Future Railway Mobile Commu­nica­tion System“, kurz FRMCS, könnte nun auf der Basis von 5G umgesetzt und unter anderem in einer Hamburger S-Bahn ausprobiert werden. Insgesamt sind aber mehr als 110 Eisen­bahn- und S-Bahn-Betreiber an dem Projekt betei­ligt.

Nokia unterstützt Bahnen mit 5G-Technologie

Das glückliche Unternehmen, welches nun den Test und die Liefe­rung des welt­weit ersten 5G-Stan­dalone-Netzes für den auto­mati­sierten Bahn­betrieb umsetzen darf, heißt Nokia. Sie haben den Zuschlag für dieses Projekt namens „Digi­tale S-Bahn Hamburg“ der Deutschen Bahn AG bekommen.

Klar, bei Nokia denkt erstmal jeder an unzerstörbare Handys im Blockdesign, aber das Unternehmen ist viel mehr als das. Nachdem die Handy­sparte zu Microsoft gewechselt ist, gingen die Marken­rechte an die Firma HMD Global, die nun wieder unter dem Namen Nokia Handys und Smartphones verkaufen. Somit ist der ursprüngliche Konzern nicht mehr im Consumer Electronics Bereich angesiedelt, sondern enthält unter anderem die ehema­lige Mobil­funk-Sparte von Siemens und Alcatel-Lucent und ist neben Ericsson und Huawei einer der größten Netz­werk­ausrüster der Welt.

Nokia hat auch bereits Erfah­rung bei der Bereit­stel­lung von GSM-R-Systemen für Bahn­betreiber erworben, die über den GSM-R-Stan­dard in 22 Ländern eine Gleis­länge von 109.000 km abde­cken. Das Unternehmen ist also bestens für diesen Auftrag gewappnet. Man merkt aber auch hier, dass die Bahn nicht ganz flächendeckend versorgt ist. Das hatte im Jahr 2016 verheerende Folgen, als zwei Züge frontal bei Bad Aibling in Bayern auf unüber­sicht­licher Strecke zusammengestoßen sind. Schuld daran war ein Signa­lisie­rungs-Fehler des Fahr­dienst­leis­ters. Dieser ließ sich wegen eines Funk­lochs, in dem die Züge nicht erreichbar waren, nicht mehr rück­gängig machen.

Es wird also höchste Zeit nachzubessern. 5G ist dabei ein Schritt in die richtige Richtung. Nokia möchte damit zum einen die extremen Konnek­tivi­täts­anfor­derungen des digi­talen Bahn­betriebs erfüllen. Zum anderen wollen sie die Weichen im Hinblick auf die Digi­tali­sierung des Bahn­betriebs stellen.

Strenge Anforderungen für neue Kommunikationswege

Extreme Konnek­tivi­täts­anfor­derungen hat die Bahn allemal. Wie man an dem oben genannten Unfall gut sehen kann, hängen Menschen­leben, die Sicher­heit der Züge und ihrer Fracht von einem reibungslosen Ablauf ab. Da darf es keine unbegehbaren Fehler oder Ausfälle geben. So schaut die Bahn besonders auf die Vernet­zung der Bahn­systeme, die Sicher­heit gegen Eindring­linge, die den Zugver­kehr stören oder gefährden könnten, die Verar­beitung von zigtau­send Sensor-Signalen und die Daten­analyse, womit Auslas­tung von Stre­cken, Verspä­tungen etc. berechnet werden können.

Bei dem Projekt „Digi­tale S-Bahn Hamburg“, dass 2021 anlaufen soll, geht es aber um weitaus mehr als ein neuer Mobilfunkzeitalter mit 5G. Die Züge werden vollautomatisiert und zwar auf einem 23 Kilo­meter langen Abschnitt der S-Bahn Hamburg. Zunächst wird ein Trieb­fahr­zeug­führer weiterhin mit an Bord sein, um bei Störungen oder Unre­gelmä­ßigkeiten eingreifen zu können. Doch sobald die S-Bahn­linie 21 seine Endstation Berge­dorf bzw. Aumühle erreicht hat, steigen die Fahr­gäste und Trieb­fahr­zeug­führer aus und der leere Zug fährt voll­auto­mati­siert und fahrerlos auf ein Rangier­gleis. Dort wendet er und fährt selbstständig zur S-Bahn-Station zurück.

Für diese voll­auto­mati­sierte Bereit­stel­lung müssen Zugsteue­rungs­infor­mationen über das Nokia 5G-Mobil­funk­netz übertragen werden. Die Lösung basiert dabei auf 3GPP-Stan­dards für 5G-Mobil­funk­netze. Hoch- oder voll­auto­mati­sierte Züge können auf dieser Basis die benö­tigten Daten über eine 5G-Funk­verbin­dung mit gleis­seitigen Kommu­nika­tions­einrich­tungen austau­schen. Falls das Projekt glückt, wird FRMCS mit 5G später flächen­deckend ausge­baut. Die Bahn erwartet posi­tive Auswir­kungen auf den grenz­über­schrei­tenden Betrieb, die Kapa­zität und die Pünkt­lich­keit der Züge. Das wiederum kommt auch der Kundenzufriedenheit zu Gute.

Unsere gemein­same Arbeit bei Forschung, Entwick­lung und Reali­sierung hat das welt­weit erste 5G-basierte Kommu­nika­tions­system für den auto­mati­sierten Bahn­betrieb hervor­gebracht. Das ist ein wich­tiger Meilen­stein auf dem Weg zum Future Railway Mobile Commu­nica­tion System und hat uns auch der Indus­trie 4.0 einen großen Schritt näher­gebracht.Kathrin Buvac, Presi­dent von Nokia Enter­prise und Chief Stra­tegy Officer

Weltweit werden Bahnsysteme nachgebessert

Firmen wie Huawei, die sich auch mit 5G im Bahnbereich beschäftigen, verfolgen in China einen anderen Ansatz. Dort wird nicht mit der verbesserten Kommunikation innerhalb des Zugpersonals und der Züge gearbeitet. Huawei stellte im Sommer diesen Jahres stattdessen einen 5G-Bahnhof bei der Shanghai’s Hongqiao Station vor. Dort können sich Reisende also mit dem 5G-Netzwerk verbinden und sich ihre Zeit mit besserem Videostreaming vertreiben. Der Fokus ist hier ein anderer.

Obwohl man in China auch ähnliche Projekte wie das von Nokia sieht. Hier ist aber unklar, ob sie von Huaweis 5G-Technologie unterstützt werden. So hat man in Shenzhen den Einsatz des 5G-Mobilfunknetzes erprobt, um eine große Datenmenge von einer U-Bahn-Linie zum Bahnhof zu übertragen. Beim Test übertrug ein Zug, nachdem er am Terminal Futian Station angekommen war, in nur 150 Sekunden 25 GB Daten an den Kontrollraum der Station. In der Vergangenheit mussten die Angestellten aufgrund der niedrigen Geschwindigkeit des drahtlosen Netzwerks die Daten manuell von der Festplatte des Zuges herunterladen.

Die schnelle Übertragung von Daten, einschließlich der Betriebsinformationen und Überwachungsvideos des Zuges, soll daher die Effizienz der U-Bahn erhöhen. In Zukunft will man dann sogar die automatische Suche nach verlorenem Gepäck implementieren. In Notfällen soll die 5G-Bahnhofs-Kommunikation sogar mit Gesichtserkennung und intelligenter Verhaltensanalyse arbeiten. Damit sollen gefährliche Personen und Verhaltensweisen im Zug erkannt und näher untersucht werden. Eine solche Funktion wäre in Deutschland jedoch undenkbar.