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:

QRG	Kanál č.	Určení
148,200	14
148,2125	15
148,225
148,2375
148,250	16
148,2625	57
148,275	35
148,2875
148,300	36
148,3125	37
148,325	38
148,3375	17
148,350	18
148,3625	39
148,375	19
148,3875	20
148,400	40
148,4125	41
148,425	58
148,4375
148,450	42
148,4625
148,475	59
148,4875
148,500	43
148,5125
148,525	60
148,5375
148,550	44
148,5625
148,575	45
148,5875
148,600
148,6125
148,625	22
148,6375	23
148,650
148,6625
148,675	61
148,6875
148,700	62
148,7125	12	VOS
148,725	63
148,7375
148,750	02
148,7625	03
148,775	64
148,7875
148,800	65
148,8125
148,825	66
148,8375	13	TOS
148,850	67
148,8625
148,875
148,8875
148,900
148,9125
148,925
148,9375
148,950	04
148,9625
148,975	05
148,9875	06
149,000
149,0125	07
149,025
149,0375
149,050
152,800
152,8125
152,825	08
152,8375	09
152,850	46
152,8625
152,875	10
152,8875	11
152,900	47
152,9125
152,925	68
152,9375
152,950	48
152,9625	24
152,975	69
152,9875	25
153,000	49
153,0125
153,025	70
153,0375
153,050
153,0625	26
153,075	71
153,0875
153,100	72
153,1125
153,125	27
153,1375
153,150	73
153,1625
153,175
153,1875
153,200
153,2125
153,225
153,2375
153,250	74
153,2625
153,275
153,2875
153,300
153,3125	28
153,325
153,3375	01
153,350	50
153,3625
153,375	75
153,3875
153,400	51
153,4125
153,425	76
153,4375
153,450	52
153,4625
153,475	29
153,4875	21	SMV
153,500	53
153,5125	30
153,525	77
153,5375	78
153,550	54
153,5625
153,575	31
153,5875	32
153,600	55
153,6125	56
153,625	33
153,6375
153,650	34

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.

DUPLEX	TRS	VOZIDLO	TRS	TRS	TRS	TRS	TRS	ZÁKLADNA
KANÁL	KANÁL	KMITOČET	KANÁL	KANÁL	KANÁL	KANÁL	KANÁL	KANÁL
9		457.4	=	=	=	=	=	467.4
10		457.425	70A					467.425
11		457.45	|	60A				467.45
12	70	457.475	70B	|				467.475
13	60	457.5	|	60B	61A			467.5
14		457.525	70C	|	|	71A		467.525
15	61	457.55		60C	61B	|		467.55
16	71	457.575			|	71B	72A	467.575
17		457.6			61C	|	|	467.6
18	72	457.625	73A			71C	72B	467.625
19		457.65	|	62A			|	467.65
20	73	457.675	73B	|			72C	467.675
21	62	457.7	|	62B	74A			467.7
22		457.725	73C	|	|			467.725
23	74	457.75		62C	74B	75A		467.75
24		457.775			|	|	63A	467.775
25	75	457.8			74C	75B	|	467.8
26	63	457.825	76A			|	63B	467.825
27		457.85	|			75C	|	467.85
28	76	457.875	76B	64A			63C	467.875
29		457.9	|	|	77A			467.9
30	64	457.925	76C	64B	|			467.925
31	77	457.95		|	77B	65A		467.95
32		457.975		64C	|	|		467.975
33	65	458			77C	65B		468
34		458.025				|	78A	468.025
35		458.05				65C	|	468.05
36	78	458.075	79A				78B	468.075
37		458.1	|				|	468.1
38	79	458.125	79B				78C	468.125
39		458.15	|	66A				468.15
40		458.175	79C	|				468.175
41	66	458.2		66B	67A			468.2
42		458.225		|	|			468.225
43	67	458.25		66C	67B			468.25
44		458.275			|			468.275
45		458.3			67C			468.3
46		458.325	=	=	=	=	=	468.325
47		458.35	=	=	=	=	=	468.35
48		458.375	=	=	=	=	=	468.375
49		458.4	=	=	=	=	=	468.4
50		458.425	=	=	=	=	=	468.425
51		458.45	=	=	=	=	=	468.45

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

Kanál	Downlink (MHz)	Uplink (MHz)	Kanál GSM
1	921.2	876.2	955
2	921.4	876.4	956
3	921.6	876.6	957
4	921.8	876.8	958
5	922.0	877.0	959
6	922.2	877.2	960
7	922.4	877.4	961
8	922.6	877.6	962
9	922.8	877.8	963
10	923.0	878.0	964
11	923.2	878.2	965
12	923.4	878.4	966
13	923.6	878.6	967
14	923.8	878.8	968
15	924.0	879.0	969
16	924.2	879.2	970
17	924.4	879.4	971
18	924.6	879.6	972
19	924.8	879.8	973

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:

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