Komunikace na železnici

Železnice je jedno ze základních odvětví infrastruktury, se kterým se můžeme setkat prakticky na celém území ČR a to jak ve formě osobní, tak nákladní dopravy. Republika je doslova posetá tratěmi, jak páteřními koridorovými, tak lokálními. Kolejová přeprava je stále nejbezpečnější a nejlevnější druh přepravy. Na železnici jsou využívány mimo důmyslných zabezpečovacích a řídících okruhů i rádiové řídící a komunikační systémy.

Železniční radiokomunikační systémy můžeme rozdělit do tří základních kategorií:

  • MRS – místní radiový systém (simplexní)
  • TRS – traťový radiový systém (duplexní)
  • GSM-R – traťová digitální telefonní síť

MRS – místní rádiový systém (simplex)

Pro účely lokální železniční komunikace (řazení vagónů na nádraží, komunikace v rámci depa nebo dalších servisních účelů) se používají simplexní kanály v pásmu VHF. Výjimku tvoří tratě SRV (Síť Radiodispečerská Vlaková), na kterých nefunguje žádný traťový systém TRS nebo GSM-R (viz dále) ať již z ekonomických důvodů či malé vytíženosti lokální tratě. Na těchto kanálech můžete zaslechnout hlášení výpravčích, povolení odjezdu vlaku, či jiné technické informace.

Dle oficiálního a v rámci Evropské unie koordinovaného plánu využití kmitočtového spektra českého telekomunikačního úřadu  (č. PV-P/1/11.2016-14 ) jsou pro účely železniční dopravy určeny úseky 148,2 – 149,05 MHz a 152,8 – 153,65 MHz. Simplexní kanály jsou rozděleny dle následující tabulky:

Komunikační kanály železnic v pásmu 148-153 MHz

QRGKanál č.Určení
148,20014
148,212515
148,225
148,2375
148,25016
148,262557
148,27535
148,2875
148,30036
148,312537
148,32538
148,337517
148,35018
148,362539
148,37519
148,387520
148,40040
148,412541
148,42558
148,4375
148,45042
148,4625
148,47559
148,4875
148,50043
148,5125
148,52560
148,5375
148,55044
148,5625
148,57545
148,5875
148,600
148,6125
148,62522
148,637523
148,650
148,6625
148,67561
148,6875
148,70062
148,712512VOS
148,72563
148,7375
148,75002
148,762503
148,77564
148,7875
148,80065
148,8125
148,82566
148,837513TOS
148,85067
148,8625
148,875
148,8875
148,900
148,9125
148,925
148,9375
148,95004
148,9625
148,97505
148,987506
149,000
149,012507
149,025
149,0375
149,050
152,800
152,8125
152,82508
152,837509
152,850
152,8625
152,87510
152,887511
152,900
152,9125
152,92568
152,9375
152,95048
152,962524
152,97569
152,987525
153,00049
153,0125
153,02570
153,0375
153,050
153,062526
153,07571
153,0875
153,10072
153,1125
153,12527
153,1375
153,15073
153,1625
153,175
153,1875
153,200
153,2125
153,225
153,2375
153,25074
153,2625
153,275
153,2875
153,300
153,312528
153,325
153,337501
153,35050
153,3625
153,37575
153,3875
153,40051
153,4125
153,42576
153,4375
153,45052
153,4625
153,47529
153,487521SMV
153,50053
153,512530
153,52577
153,537578
153,55054
153,5625
153,57531
153,587532
153,60055
153,612556
153,62533
153,6375
153,65034

SŽDC (Správa Železniční Dopravní Cesty) platí povolení na všechny kmitočty, které má přidělené “Plánem využití” i přes to, že většinu kmitočtů nepoužívá. Kmitočty, které ve výše uvedené tabulce nemají přiděleny číslo kanálu, jsou vytipovány pracovníky TÚDC (Technická Ústředna Dopravní Cesty) jako kmitočty postižené intermodulačním rušením, a proto se z bezpečnostních důvodů nepoužívají. Příděl kmitočtů je na základě harmonizace s Evropou, přičemž některá hnací vozidla jsou vybavena palubními radiostanicemi pro provoz v zahraničí a mají možnost ovládání v různých jazykových mutacích. Celostátně se používají kanály 12-VOS (Všeobecná Operativní radiová Síť) ,13-TOS (Technická Operační Síť) a 21-SMV (Síť Manipulačních Vlaků). Pro sítě STE (Síť TEchnologická) – posuny ČD, AWT, Cargo, RegioJet , nebo STZ (Síť Technického Zabezpečení) apod. pak oblastní ředitelství přidělují kanály tak, aby nedocházelo k vzájemnému rušení mezi lokalitami. Přidělováním kmitočtů z povolení pro konkrétní lokality se zabývá SŽDC, respektive TÚDC operativně řeší zájmové oblasti a riziko vzájemného rušení i mezi základnovými stanicemi. Kvůli omezení rušení jsou základnové stanice uzavřené pod tónový squelch s použitím CTCSS 250,3 Hz, takže všechny ostatní stanice, jak ruční tak vozidlové musí vysílat tento subtón. Postupně se ovšem začínají objevovat jiné subtóny, zvláště tam, kde se posunuje ve značně velké lokalitě souběžně na více místech, jako je třeba Česká Třebová, v tomto případě mimo jiné např. 71,9 Hz.

TRS – traťový radiový systém (duplexní)

Systém TRS (Traťový rádiový systém) je duplexní radiový telefonní systém pracující v pásmu UHF 450 a 460 MHz radiové topologie typu STUHA. Typ Stuha znamená, že jsou retranslační vysílače rozmístěny podél trati cca každých 10km, podle členitosti terénu. Dráhy v pásmu UHF používají 43 duplexních kanálů (ČTÚ č.PV-P/15/04.2016-7 ) z čehož se pro TRS používají kanály označené číslem 60 až 67 a 70 až 79 vyjma kanálu 77, který se používá pro servisní účely. Každý z těchto kanálů má kmitočtovou čtveřici. Vysílací kmitočty retranslačních stanic na trase se střídají a označují se A,B a C. Přijímací kmitočet je na celé trase stejný a je o 10MHz nižší než je kmitočet “B” použitého kanálu. Kanály č.9 až 51 se používaly k duplexnímu spojení ve stanicích, případně k telefonování přes TRS do JTS (Jednotná Telefonní Síť). Některé kmitočty z přídělu jsou současně využity pro TRS i duplex, z čehož je zřejmé, že některé kanály duplexních párů nebylo možné použít tam, kde je v konfliktu síť TRS. Vozidlové stanice mají stále tyto kanály naprogramovány, ale používají se již více méně jen k servisním účelům.

duplexTRS
vozidloTRS
TRS
TRS
TRS
TRS
základna
kanál
kanálkmitočetkanál
kanál
kanál
kanál
kanál
kmitočet
9
457.400
467.400
10
457.425
70A
467.425
11457.450
60A
467.450
1270457.475
70B

467.475
1360457.500
60B
61A
467.500
14457.525
70C

71A467.525
1561457.550
60C
61B

467.550
1671457.575

71B72A467.575
17457.600
61C

467.600
1872457.625
73A
71C72B467.625
19
457.650
62A
467.650
2073457.675
73B
72C
467.675
2162457.700
62B
74A
467.700
22457.725
73C
467.725
2374457.750
62C
74B75A467.750
24457.775
63A
467.775
2575457.800
74C
75B
467.800
2663457.825
76A
63B
467.825
27457.850
75C
467.850
2876457.875
76B
64A
63C
467.875
29457.900
77A
467.900
3064457.925
76C
64B
467.925
3177457.950
77B
65A
467.950
32457.975
64C
467.975
3365458.000
77C
65B
468.000
34458.025
78A
468.025
35458.05065C
468.050
3678458.075
79A
78B
468.075
37458.100
468.100
3879458.125
79B
78C
468.125
39458.150
66A
468.150
40458.175
79C
468.175
4166458.200
66B
67A
468.200
42458.225
468.225
4367458.250
66C
67B
468.250
44458.275
468.275
45458.300
67C
468.300
46
458.325
468.325
47458.350
468.350
48458.375
468.375
49458.400
468.400
50458.425
468.425
51458.450
468.450

Síť TRS používá systémové tóny mezinárodního standardu UIC 751-3. Každý vysílač na trati vysílá trvale nosnou frekvenci, a v době, kdy není kanál obsazen, moduluje tón 2280Hz, ten je označován SVK (signál volného kanálu).

Strojvůdce si podle radiovníku, který je umístěn před každým traťovým úsekem, nastaví příslušný kanál na palubní radiostanici. Radiostanice začne scanovat tři kmitočty A/B/C příslušného kanálu a zastaví se na tom, který je v dosahu. Strojvůdce vysílaný SVK tón 2280Hz neslyší, protože jeho radiostanice má na přijímači uzavřený reproduktor tónovým squelchem. Ověří si funkčnost rádiového spojení s dispečerem (případně s výpravčím) takzvaným D-testem, tj. vyzvedne mikrotelefon a zvolí tlačítky na ovládací skřínce D+D, respektive D+V. Při této zkoušce zmizí na vysílači tón SVK a objeví se tón 3150Hz, ten je označován SST (Signál Srovnávacího Tónu) a proběhne sekvence potvrzení spojení. V systému rádiových bodů na trati se používají kromě tonů SVK a SST také tóny 1669Hz, který se označuje SMS (Signál Místního Spojení s výpravčím), 1960Hz označovaný jako SOR (Signál Otevřeného Reproduktoru), 2980Hz označovaný jako SVR (Signál Vozidlové Radiostanice strojvedoucího) a také 1520Hz označovaný jako SN (Signál Nouze). Systém TRS byl navržen tak, aby byl v případě ohrožení provozu na trati výpravčí nebo dispečer schopen vyslat signál adresného zastavení vozidla, nebo generální stop všech vlaků na trati.

Sítě TRS byly vybudovány s použitím technologie firmy T-CZ a spojení mezi jednotlivými vysílači bylo provedeno dvoupárovým metalickým zemním vedením. Modernější komponenty pro TRS vyrábí firma D-Com, kde je spojení všech zařízení na bázi IP sítí (intranetu). K ovládání sítě TRS (T-CZ) se používají ovládací telefony ZO-47, nebo k IP technologiím dispečerské dotykové terminály TOP od firmy DCom (popřípadě TouchCall, či nověji Konos-dot od firmy TTC). Systém TRS umožňoval také spojení do JTS s použitím přístroje CS-900 firmy CSI, k tomu radiostanice využívaly volbu DTMF. V současné době se už ale tato možnost nevyužívá. Systém TRS se již příliš k hlasové komunikaci nepoužívá, jeho zachování v provozu je především dáno nutností použití adresného, nebo generálního zastavení vlaků na trati bez zásahu strojvedoucího. Systém TRS na koridorových tratích je nahrazován digitální sítí GSM-R.

Jak již bylo na začátku řečeno, síť TRS využívá k ovládání soustavu tónů ve slyšitelném spektru (1500 – 3300 Hz) a to i včetně volného kanálu. To samozřejmě znamená, že nelze bez úprav či doplňků poslouchat výstupní kmitočty sítě TRS a čekat na hovor kvůli nepříjemnému “pískání”. Některé komunikační přijímače či radioskenery mají tento problém vyřešen pomocí funkcí. Například přijímače AOR 8xxx a novější řady mají k dispozici doplňkovou kartu označenou jako “Tone Eliminátor”. V principu je to tónový squelch podobný jako v palubní radiostanici, tj. při detekci definovaném tónu ( v našem případě je to zmiňovaných 2280 Hz) se uzavře audiocesta do reproduktoru a tón není slyšet. Jakmile tón zmizí, zvuk je puštěn do reproduktoru. Nevýhoda je možnost definice jen jednoho tónu, ale v principu je potřeba potlačit jen tón SVK.

Druhým způsobem, jak potlačit poslech SVK tónu, je použití funkce “Voice Squelch”, které mají ve výbavě jak přijímače AOR (i bez karty “Tone Eliminator”) i ICOM. V principu se jedná o hledání změny audio modulace, pokud nedochází ke změnám, tj. na hovorovém kanálu není žádný signál nebo neměnný, je během skenování kanál vynechán. U přijímačů AOR je možné nastavit přesně úroveň modulace, kdy je squelch otevřen (tedy spíš uzavřen), kdežto u ICOMů jste odkázáni na fabrické nastavení. Obě varianty jsou ovšem velmi účinné. Pokud nevlastníte přijímač disponující těmito funkcemi, nezbývá vám než naprogramovat do pamětí jen vstupní kmitočty v pásmu 450 MHz, kde nejsou SVK tóny používány a nechat je točit do kolečka. Mnohé přijímače umožňují nastavit i SHIFT tj. funkci, kdy se stiskem klávesy přeladíte na druhý párový kmitočet  a můžete tak poslouchat i druhou stranu hovoru.

GSM-R – traťová digitální telefonní síť

Digitální traťový rádiový systém GSM-R je nejmodernější komunikační technologií na železnici. Systém vychází ze standardu mobilních telefonních sítí GSM rozšířeného podle projektu UIC o další specifické železniční funkce. Ty jsou definovány v technické dokumentaci EIRENE. Konfigurace sítě je stejně jako systém TRS stuhová tj. pomocí směrových vykrývačů tratí. V každé BTS se používá jedna z 19 frekvencí s odstupem 200kHz (dle ČTÚ č. PV-P/10/08.2016-10 ). Vzdálenost BTS na trati je cca 10km, obsahují většinou dva duplexní vysílače, jeden z nich je záložní (Slave) a je zálohou za hlavní (Master). Polarizace antény je do každého směru jiná, při vystřídání vysílačů v BTS se v příslušném směru vystřídá i segment antény s příslušnou polarizací. Montují se převážně antény Kathrein s polarizací +45st.,-45st. na betonové stožáry výšky 25m, popřípadě až 40m nad terénem na příhradových konstrukcích. Kanály se na trati střídají s ohledem na potlačení vzájemného rušení.

Kanály GSM-R

KanálDownlink (MHz)Uplink (MHz)Kanál GSM
1921.2876.2955
2921.4876.4956
3921.6876.6957
4921.8876.8958
5922.0877.0959
6922.2877.2960
7922.4877.4961
8922.6877.6962
9922.8877.8963
10923.0878.0964
11923.2878.2965
12923.4878.4966
13923.6878.6967
14923.8878.8968
15924.0879.0969
16924.2879.2970
17924.4879.4971
18924.6879.6972
19924.8879.8973

Síť GSM-R používá modulaci GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) s režimem přístupu TDMA. Přenos dat je uskutečňován v periodických rámcích TDMA (s periodou 4,615 ms) pro každý nosný kmitočet. Každý rámec TDMA je rozdělen na 8 timeslotů. Tyto timesloty vytvářejí tzv. fyzické kanály o délce 577 µs. Do nich se umisťují tzv. bursty neboli skupiny 148 bitů. Bity nevyplňují celou délku timeslotu, ale jsou doplněny ještě tzv. ochrannou dobou, kdy se nevysílá. 114 (2×57) bitů z burstu lze využít pro přenos dat (hovor/data/signalizace). Na rozdíl od klasické GSM infrastruktury zde chybí hovorové kanály s frekvenčním skákáním (Frequency hopping). Na následujících snímcích spektra můžete vidět datový kanál GSM-R a klasické BTS GSM:

Klasická GSM BTS (kontrolní kanál a hovorové kanály s frekvenčním skákáním)

GSM-R BTS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Jelikož je síť GSM-R kmitočtově mimo standardní civilní pásmo GSM, není možné se k ní s klasickým mobilním telefonem přihlásit, ani ji vyhledat, pro účely drážní komunikace jsou prodávány speciální mobilní telefony a SIM karty spravuje SŽDC. Pokud se vám dostane do ruky GSM-R mobilní telefon, můžete tak alespoň pasivně sledovat síť pomocí identifikace BTSek. Komunikace mezi BTS a hnacím vozidlem je stejně jako u klasické GSM sítě šifrovaná (A5) a nelze jí běžnými prostředky poslouchat.

V současné době probíhají zkoušky sítě GSM-R pro aplikaci zabezpečovacích funkcí “Generální a adresný STOP”. Do konce roku 2017 musí být systém schopen implementaci této funkce zvládnout a následně se budou upravovat železniční vozidla, která dosud zastavovala pouze na povel ze sítě TRS, aby tam, kde je dnes již systém TRS zrušený bylo možné zastavit dálkově vlak přes GSM-R. Tento krok je prováděn v souvislosti s evropskou harmonizací se zabezpečovacím zařízením ETCS a systémem řízení železničního provozu ERTMS. Výhledově bude ještě systém doplněn o funkce přenosu dat a textových zpráv. K tomu výrobci vyvíjejí aktualizace firmware ovládacích displejů radiostanic železničních vozidel.

Závěr

Komunikace na železnici je velmi zajímavá a živá napříč celou republikou. Zábavné je zejména dohledávání místních kanálů MRS (STE) ve stanicích, kdy na různých kanálech pro posun můžete slyšet i více přepravních společností, popřípadě vícekanálová velká depa. Je to malá detektivní práce, často se dá ale čerpat ze Staničních řádů, které jsou zveřejněné na internetu. Rovněž si cestou vlakem po trati, kde je používán TRS můžete zmapovat, kde je jaký kanál vysílače, popřípadě pomocí SDR přijímačů i kmitočty GSM-R BST.

Petr OK1HPX & Martin OK1ZOO