Der landgestützte Güterverkehr in Europa steigt seit Jahren stetig an. Dabei ist davon auszugehen, dass der zukünftig zu erwartende Transportbedarf von Wirtschaftsgütern die Transportkapazitäten der vorhandenden Verkehrsinfrastruktur in Form von Straßen, Schienennetzen und Wasserwegen deutlich übersteigen wird. Um diesem drohenden Flaschenhals entgegenzuwirken, werden zum einen neue Infrastrukturprojekte initiiert und zum anderen Wege gesucht die vorhandene Infrastrukturen besser auszunutzen oder das zu erwartende Verkehrsaufkommen auf die verschiedenen Verkehrsmittel zu verteilen. Vor diesem Hintergrund hat die Europäische Union beschlossen, die europaweite Interoperabilität der Schienennetze zu erreichen. Neben der Harmonisierung von Spurweiten und Antriebssystemen, liegt ein Schwerpunkt der betrieblichen Interoperabilität der Schienennetze im Aufbau eines europaweit einheitlichen Systems zur Zugsicherung und Zugsteuerung unter der Bezeichnung European Railway Traffic Management Systems (ERTMS).

Das ERTMS besteht prinzipiell aus zwei Komponenten. Zum einen aus dem eisenbahnspezifischen Mobilfunksystem GSM-R zur Sprach- und Datenübertragung und zum anderen aus dem European Train Control System (ETCS) als zeitkritisches und hochverfügbares System zur Zugsicherung. Dabei obliegt GSM-R einer prinzipiellen Limitierung der Ressource Frequenz, da die nationalen Regulierungsbehörden dem Schienenverkehr eine deutlich geringere Anzahl an Trägerfrequenzen als den öffentlichen Mobilfunknetzbetreibern zu gewiesen haben. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit untersucht, inwieweit der Einsatz des paketvermittelten General Packet Radio Service (GPRS) zu einer effizienten Nutzung der verfügbaren Frequenzen bei gleichzeitiger Einhaltung der Übertragungsqualität und Verfügbarkeit des leitungsvermittelten GSM-R beitragen kann. Die Entscheidung für GPRS beruht hierbei mehrheitlich auf ökonomischen Aspekten, da die europäischen Eisenbahngesellschaften bereits umfangreiche Investitionen in ihren GSM-R-Infrastrukturen getätigt haben und der mögliche Einsatz von GPRS eine Wiederverwendung des gesamten Zugangsnetzes von GSM-R erlaubt.

Nach einer umfassenden Analyse des Übertragungsprozesses in GPRS wird der prinzipbedingte Zufallszugriff während der Ressourcenanforderung durch den Zug als zeitkritische Herausforderung für die Übertragung von Zugsicherungs- und Zugsteuerungsinformationen über die Luftschnittstelle identifiziert. Aufgrund des zeitlich und räumlich vorhersagbaren Bewegungsverhaltens der Schienenfahrzeuge kann diskutiert werden, ob ein Zufallszugriffsverfahren weiterhin sinnvoll ist. Vor diesem Hintergrund wird im Rahmen dieser Arbeit eine neuartige eisenbahnspezifische Anpassung des bestehenden GPRS entwickelt und mit GPRS-R bezeichnet. Kern des GPRS-R ist die zentrale Zuweisung von Ressourcen zur Übertragung von Zugsicherungs- und Zugsteuerungsinformationen. Dabei wird gezeigt, dass durch dieses Konzept sowohl die zeitkritischen Qualitätsparameter des ERTMS, als auch eine Erhöhung der parallelen Nutzerzahlen erreicht werden.

Abschließend muss noch angeführt werden, dass auch GPRS-R nur ein erster Schritt der Weiterentwicklung der Kommunikationsnetze im Schienenverkehr sein kann. Es wird zukünftig zu diskutieren sein, inwieweit andere Mobilfunktechnologien die Herausforderungen der weiteren Liberalisierung des Schienenverkehrssektors, der Trennung von Infrastruktur und Transportdiensten sowie dem mittelfristigen Produktionsende von Mobilfunktechnologien der 2. Generation meistern können. Ein Ansatz muss die Analyse der Technologie Long Term Evolution (LTE) in Hinblick auf deren Einsatz im Schienenverkehr sein, da diese Technologie der 4. Generation in naher Zukunft die Basis weltweit aller mobilen Datennetze öffentlicher Mobilfunknetzbetreiber sein wird.

Keywords: Zugsicherung; GSM-R; GPRS; ETCS; ERTMS

Hannoversche Beiträge zur Nachrichtentechnik