Nicht nur der Zugverkehr, auch der Datenverkehr auf der Schiene nimmt zu. Partner aus der Bahn- und Mobilfunkbranche erforschen, wie Fahrgäste besseren Internetzugang erhalten – um während der Fahrt problemlos Videokonferenzen führen und Filme streamen zu können.
Eine Bahnstrecke bei Malchow in Südmecklenburg: Das „advanced TrainLab“, der Laborzug der Deutschen Bahn (DB), fährt in der Frühlingssonne an einem Funkmast vorbei. An Bord des Zuges sind allerdings keine Fahrgäste, sondern umfangreiche Messinstrumente. Sie ermitteln Signalstärke, Datenrate und Reaktionsgeschwindigkeit des eigens für die Tests aufgebauten Mobilfunknetzes.
Die Deutsche Bahn, O2 Telefónica, der Netzausrüster Ericsson und der Funkmastbetreiber Vantage Towers testen hier, wie die Gigabit-Versorgung entlang der Gleise Realität werden kann – für die Fahrgäste und für den Zugfunk. Die Partner arbeiten zusammen im Forschungsprojekt „Gigabit Innovation Track“ (GINT), das als wichtiger Baustein der Gigabitstrategie vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) gefördert wird.
Datenverkehr auf der Schiene erfordert immer höhere Datenraten
Immer mehr Menschen nutzen die gewonnene Zeit auf Bahnreisen: um unterwegs zu arbeiten oder einfach mal abzuschalten und die Lieblingsserie zu streamen. Damit steigen auch die Anforderungen an die Internetversorgung entlang der Bahnstrecken. Um das hohe Datenaufkommen in den Zügen zu bewältigen, werden künftig immer höhere Datenraten im Gigabit-Bereich benötigt.
Für das Projekt entstand daher ein modernes und eigenständiges 5G-Standalone-Testnetz. Ein 5G-Standalone-Netz ist eine fortschrittliche Mobilfunktechnologie, die ohne die Unterstützung älterer Mobilfunknetze wie 4G funktioniert und eine schnellere Datenübertragung, geringe Verzögerung und hohe Zuverlässigkeit bietet.
Mobilfunkkorridore sorgen für optimale Versorgung in Zügen
Das 5G-Testnetz funkt im Frequenzbereich von 3,6 Gigahertz, denn hohe Datenraten bis in den Gigabit-Bereich erfordern große Kanalbandbreiten, die nur bei höheren Frequenzen zur Verfügung stehen. Diese hohen Frequenzen haben allerdings eine geringere Reichweite: Ein Funkmast versorgt einen Umkreis von bis zu einem Kilometer. Auf der rund 12 Kilometer langen Teststrecke in Mecklenburg-Vorpommern wurden deshalb 13 neuartige Mobilfunkmasten errichtet.
Die Standorte sind mit modernster Mobilfunktechnologie ausgestattet und bilden gemeinsam einen Mobilfunkkorridor entlang der Bahngleise:
- Aktive Mehrantennensysteme (Massive Multiple Input Multiple Output, kurz MiMo) ermöglichen den Einsatz mehrerer Sende- und Empfangsantennen sowie die Verarbeitung der Sende- und Empfangssignale in einem Antennengehäuse, was die Datenraten und die Zuverlässigkeit weiter erhöht.
- Mittels der sogenannten Beamforming-Technologie richtet eine 5G-Sendeantenne die Funkwellen gezielt auf die Endgeräte der Nutzerinnen und Nutzer aus, sodass eine optimale Verbindung entsteht.
- Mehrere Funkmasten lassen sich zu einer Funkzelle zusammenschalten. Dieses „Combined Radio“ soll vor allem bei hohen Geschwindigkeiten noch stabilere Verbindungen ermöglichen. Denn die Endgeräte müssten dann seltener von einer Funkzelle zur nächsten wechseln.
Funkmasten-Design ermöglicht schnellen und ressourcenschonenden Aufbau
Schon auf den ersten Blick sind die Mobilfunkmasten entlang der Teststrecke in Mecklenburg-Vorpommern deutlich niedriger als die heute üblichen Masten. Sie wurden speziell für den Mobilfunkkorridor entwickelt. Denn ein wichtiges Anliegen der Projektpartner war es, die notwendige Infrastruktur schnell und ressourcenschonend errichten zu können. Dabei mussten Faktoren wie die unmittelbare Nähe zu den Gleisen, der Wind der vorbeifahrenden Züge und die Anbindung an das Strom- und Glasfasernetz berücksichtigt werden.
Die im Rahmen des Projekts entwickelten Funkmasten sind rund 15 Meter hoch und können mit Spezialschrauben, sogenannten Mikropfählen, im Boden verankert werden. Dadurch sind keine aufwendigen Fundamente nötig, die die Oberfläche versiegeln. So wird Beton und damit CO2 eingespart.
Die geringe Höhe vereinfacht und beschleunigt vielerorts auch die notwendigen Genehmigungsverfahren für den Bau neuer Masten. So konnten die 13 neuen Funkmasten entlang der Teststrecke innerhalb weniger Monate errichtet werden. Zum Vergleich: Bis eine herkömmliche Mobilfunkstation in Betrieb genommen werden kann, vergehen heute im Schnitt oft mehr als zwei Jahre.
Testfahrten liefern wichtige Erkenntnisse zur Verbesserung der Mobilfunkversorgung
Die Messfahrten absolviert bis Ende 2024 das „advanced TrainLab“, ein Laborzug der DB mit Verbrennungsmotoren, der bis 2018 als ICE unterwegs war. Bei Geschwindigkeiten von bis zu 140 Kilometern pro Stunde messen Technikerinnen und Techniker die Leistungsfähigkeit des 5G-Testnetzes: Wie gut kommt das Funksignal im Zug an? Gibt es besondere Störfaktoren? Und wie wirkt sich die Geschwindigkeit des Zuges aus?
Herausforderungen sind beispielsweise die Fensterscheiben, die den Empfang im Zug beeinflussen: In den meisten Zügen sind sie mit einer dünnen Metallschicht überzogen, die Sonnenstrahlen abhalten soll. Dadurch werden aber auch Mobilfunkwellen blockiert. In einigen Wagen des Testzuges wurden die Scheiben deshalb mit einem innovativen Laserverfahren so bearbeitet, dass die Mobilfunksignale bis zu 100-mal besser ins Zuginnere gelangen können.
Projekt treibt Digitalisierung der Schiene voran
Die ersten Testfahrten haben gezeigt: Die Netzkonfiguration wurde erfolgreich von der Theorie in die Praxis umgesetzt und das Funksignal wird von den Antennen am Funkmast direkt in den Zug übertragen. Neben diesem Feldtest werden im Rahmen des Projekts auch andere technische Lösungen betrachtet und mögliche Kooperationsmodelle untersucht. Teil des Forschungsprojekts ist die Frage, ob es möglich ist, dass alle Netzbetreiber die Infrastruktur entlang der Schienen gleichberechtigt nutzen und alle Fahrgäste von der 5G-Versorgung profitieren können.
Nicht zuletzt treibt das Pilotprojekt auch die Digitalisierung der Schiene voran: Züge und Stellwerke kommunizieren bislang über Zugfunk, der auf dem 1990 eingeführten 2G-Standard GSM-R basiert. Dieser wird in den kommenden Jahren durch den neuen, 5G-basierten Zugfunk „Future Railway Mobile Communication System“ (FRMCS) abgelöst. Damit können Züge wesentlich größere Datenmengen zuverlässig senden und empfangen. In Kombination mit Künstlicher Intelligenz, modernster Sensortechnik zur Umgebungswahrnehmung und hochpräziser Zugortung ermöglicht dies einen hochautomatisierten Zugbetrieb, bei dem die Züge in optimal abgestimmten Abständen fahren.
Das Projekt GINT erprobt, wie die für FRMCS notwendigen Funkmasten auch für den öffentlichen Mobilfunk genutzt werden können, sodass künftig auch die Fahrgäste von einer bedarfsgerechten Mobilfunkversorgung profitieren.
Diesen Artikel jetzt teilen:
