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、列車と鉄道規制制御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仕様に基づいており、通信損失なしで最高 500 km/h (310 mph) の速度でパフォーマンスを保証します。

GSM-RはLTE-Rに取って代わられる可能性があり^[1] 、最初の実用化は韓国で行われました。^[2]しかし、LTEは一般的に「 4G 」プロトコルであると考えられており、UICのFuture Railway Mobile Communication System（FRMCS）プログラム^[3]は「 5G」ベースのもの（具体的には3GPP R15/16、つまり5G NR）への移行を検討しており、 ^[4] 2つの技術世代をスキップします。^{[5] [6]}

GSM-RはGSM技術を基盤として構築されており、GSM技術の伝統による規模の経済性を活用し、互換性のない既存の軌道内ケーブルとアナログ鉄道無線ネットワークのコスト効率の高いデジタル代替品となることを目指しています。ヨーロッパだけでも35を超える異なる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使用して相互運用性を実現するという目標を掲げ、欧州のさまざまな鉄道会社が 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、高いレベルの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。

仕様は、欧州連合が資金提供した MORANE (欧州鉄道ネットワーク用移動無線) プロジェクトに基づいて 2000 年に完成しました。仕様は、国際鉄道連合のプロジェクト ERTMS によって管理されています。GSM-R は、欧州連合のすべての加盟国と、アジア、ユーラシア、北アフリカの国々を含む、世界 38 か国で採用されています。

GSM-R は、運転手、ディスパッチャー、入換チームのメンバー、列車技師、駅の管制官などの鉄道運用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)、位置ベースの接続、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、列車内および駅でのビデオ監視、乗客情報サービス 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、線路に近い専用の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 マイル) です。これにより、高度な冗長性と、より高い可用性および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 (eMLPP) よりも高い優先度で動作します。モデム接続が失われると、列車は自動的に停止します。

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 (欧州トラフィック管理レイヤー)
• EOR（欧州運用規則）

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、モルダビア、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後にこの決定を下し、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、これを「標準」GSM-R帯域と呼ぶことができる。^[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921～925MHzを使用

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によって拡張されました。^{[10]以前は地域}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]

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

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

GSM-RはDCS1800帯域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のペアの区画に分割され、オークションにかけられました。国営鉄道事業者は、GSM-Rを展開するために、2×15MHzのスペクトルをカバーする、ほとんど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、鉄道安全および制御通信用に、アデレード、ブリスベン、メルボルン、パース、シドニーで1800MHz帯の2 x 10MHzを再認可した。南オーストラリア州計画運輸インフラ省（アデレード）を除くすべての事業者は、オーストラリア政府が設定した商用料金で1800MHz帯の2 x 5MHzを再認可した。^{[17] [18]}

使用される変調はGMSK変調 (ガウス最小シフト キーイング) です。GSM-R はTDMA (時分割多重アクセス) システムです。データ送信は、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) で行われます。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にかなり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の懸念がある。これによりETCSの妨害や通信途絶によるランダムな緊急ブレーキなどが発生する可能性がある。 ^[19]

その結果、列車内や線路脇での能動的かつ自動的なテストを使用して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]

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）：より高度な機能要件の定義
• 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、他のヨーロッパのネットワークとの互換性を保つために満たすべき必須仕様のセットとして「相互運用性技術仕様」(TSI) を定義しています。現在の TSI は FRS 7 と SRS 15 です。EIRENE は、「暫定バージョン」と呼ばれる非必須仕様も定義しています。これは、次の TSI で必須に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 日のバージョン FRS 8.0.0 と SRS 16.0.0 です^[22] GSM-R 仕様はかなり安定しています。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に追加された主な機能は、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、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許可します。

• 長距離公共放送（LLPA）アナウンスを遠隔地の放送局に送信する
• 制御と保護（自動列車制御/ ETCS）とERTMS
• 列車運転手と規制センター間の通信
• 船上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 3 で列車と鉄道規制センターの間でデータを送信するために使用されます。列車がユーロバリスを通過すると、新しい位置と速度が送信され、次の線路に入ることへの同意 (または不同意) と新しい最高速度が返されます。

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指定されています。通話機能は次のとおりです。

• 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 (一度に話せるのは 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 (他のユーザーはリスナーのみです)。
• REC :鉄道緊急通報は、可能な限り最高の優先度(0)を持つ299として定義された特別なVGCSです。
• 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。
• さまざまなコール（PtP、VGCS、VBSm、REC、SEC コール）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に電話をかけるためのエイリアス システム
• 位置依存アドレス指定、事前に定義された短縮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
• ユーザーが線路上で作業する場合の入換モード。

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 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 ツー 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ます。

話者、聞き手、ディスパッチャの 3 種類のユーザーが定義されています。話者は PTT キーを放すと聞き手になり、聞き手は PTT キーを押すと話者になります。

VGCS がマルチパーティ コール (GSM 会議通話機能) と比較した場合の利点の 1 つは、スペクトル効率です。実際、多数のユーザーが同じセル内にいる場合、リスナー全員に 1 つの周波数のみを使用し、通話者には 2 つの周波数を使用します (ポイントツーポイント コールの場合と同様)。マルチパーティ コールでは、1 つのタイムスロットが各ユーザーに割り当てられます。マルチパーティ コールと比較した場合の 2 つ目の利点は、どのモバイルがコールに参加するかを知る必要がないことです。VGCS コールは、モバイルが事前に関連するグループの受信を有効にしていることを条件として、純粋に地理的な基準で確立されます。

VBS はブロードキャスト グループ通話です。つまり、VGCS と比較すると、通話を開始した人だけが話すことができます。通話に参加する他の人は、リスナーになるだけです。この種類の通話は、主に録音されたメッセージをブロードキャストしたり、アナウンスを行うために使用されます。

REC は、緊急専用のグループ通話、または VGCS です。これは優先度の高い通話です (REC 優先度はレベル 0 です - 下記を参照: eMLPP)。

入換緊急通話は、番号599の専用グループ通話です。通話は、最高優先度0の緊急レベルの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。このような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]

ユーザーの優先度を定義します。優先度レベルは次のとおりです。

• 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より優先度が低い
• 3: レベル2より優先度が低い
• 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。

EIRENE SRS ドキュメントは、GSM-R の固定番号計画を定義します。これは、番号プレフィックスによって定義されます。

これらの番号は、HLR 内で定義されている 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に使用されます。たとえば、807660 はモバイル加入者の MSISDN を定義します。番号 23030301 は、列車番号 30303 およびユーザー 01 の役割に関連付けられた機能番号になります。

• 機能的な番号付け
  • 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（番号表示用）

• 場所依存のアドレス指定
  • 移動局から、移動局が配置されてい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。

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モバイル ステーション (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。このレポートでは、次の情報が通知されます。

• 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、バッテリー残量が少ないためにオフになった場合）、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）。

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保証するために、リンク保証信号 (LAS) が提供されます。

ダイレクト モードはトランシーバー モード (モバイル ステーション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市場はさまざまなグループによって構成されています: ^{[25] [更新が必要]}

ネットワーク事業者と鉄道事業者

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、ニューカッスルにまたがる全長70キロメートル（43マイル）の66のトンネルを含む1,455キロメートル（904マイル）の電化鉄道網全体に、GSM-Rによるデジタル列車無線システム（DTRS）を設置し、既存のアナログメトロネット列車無線を置き換えている。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、鉄道で働くスタッフに共通の通信プラットフォームを提供する。この機器は約250か所に設置され、トンネル内の60か所以上にも設置される。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を使用したデジタル列車無線システム（DTRS）を設置し、都市列車無線システム（UTRS）と呼ばれる旧システムを置き換えた。この装置は約100か所に設置され、費用は1億5,200万ドルだった。^[30]

フランスで、GSM-R が全面的にカバーする最初の商用鉄道路線は、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 日日曜日午前 6 時 43 分、この路線で最初に運行されたのは、ドイツの旅客運行会社であるドイツ鉄道の高速列車ICEでした。この列車はパリの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の最新世代の高速列車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（東駅）を結んだ。^[31]

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インフラでカバーされている。この数字には一般線と高速線の両方、および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が結ばれており、他の国にも拡大される予定である。^[32]

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 が採用されました。

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。

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 月現在完了しています。

• 2013 年 10 月までに、スコットランドへのウェスト コースト本線(WCML) とイースト コースト本線(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と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、西のセヴァーン川から東海岸のウォッシュまで走る地図上の線で本土の北と南が分割された）。この分割線の北ではインフラストラクチャとインストール作業が続行された。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予定だったが、機器の取り付けが遅れたため、より遅い日付にな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によると、英国の電気通信規制当局であるオブコムは、2015年までに既存のNRN 205MHz周波数を撤回する予定だった。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。
• カンブリアンライン ERTMS -プルヘリからハーレックまでのリハーサルは、2010 年 2 月 13 日に開始され、2010 年 2 月 18 日に無事終了しました。リハーサルの運転手の慣熟と実際の操作段階は、この路線での運用における GSM-R 音声の使用をモニターする絶好の機会となりました。最初の列車は、ERTMS レベル 2 運用でプルヘリを 08:53 に出発し、運転手と信号手の間の唯一の通信手段として GSM-R 音声が使用されました。
• ネットワーク レールは、GSM-R ネットワークの RSV テスト用に購入したダービーのテスト列車を装備しました。この列車は、元ガトウィック エクスプレスの車両から構成されました。590 万ポンドの費用をかけて、RSV (無線信号検証) 列車として知られるこの特注の機械は、ニューポート シナジー スキームとカンブリアン ライン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 の南端で GSM-R を使用する最初の列車 (マンチェスター ピカデリーからロンドン ユーストンへの09:15 サービスのVirgin Trains West Coast 390034 ) は、2009 年 5 月 27 日に運行されました。これは、ストラスクライド試験以外で GSM-R を搭載した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、これらの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ている一部の場所では、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す。

2016年春現在^[update]、UKネットワークレールがVHF列車無線通信を採用している唯一の地域は、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であり、この地域でGSM -Rシステムを展開することに伴う実際的な困難のため、国のGSM-R計画から除外され、180MHz付近の修正されたOfcom周波数を使用する無線電子トークンブロックシステムが利用されています。現在、英国のネットワークの100％がGSM-Rカバレッジを持っています。^[33]

• 
  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

• 国際鉄道連合におけるGSM-R