PKP chwali się pociągami, a łączności cyfrowej na kolei nadal brak
„Właśnie podpisaliśmy umowę z H. Cegielski – Fabryka Pojazdów Szynowych umowę na 300 nowych wagonów” – ogłosiła spółka na Twitterze. „Będą wagony restauracyjne, kuszetki, sypialne i do przewozu rowerów. Będą nawet przedziały do zabaw dla dzieci. Wyposażenie? Klimatyzacja, bezprzewodowy internet, indywidualne oświetlenie, ładowarki indukcyjne. Nasze pociągi będą mogły osiągać prędkość do 200 km/h na trasach krajowych i międzynarodowych, zapewniając Wam jeszcze szybsze i wygodniejsze podróże. Pierwsze nowe wagony wyjadą na tory już za dwa lata”. Szybko zauważyłem, że internet to ani teraz nie hula, ani raczej szybko hulał nie będzie. Od lat 90-tych czekamy na wdrożenie cyfrowego systemu łączności na kolei. Miał on działać w oparciu o podstandard GSM-R, ale do tej pory chyba nie został uruchomiony. Jeden z komentujących – zapewne w żartach – zasugerował, że może podłączą do Starlinka, ale to jest moim zdaniem technicznie nie możliwe do realizacji.
Tak było na początku…
Pierwsza sieć komórkowa (1G) w Polsce wystartowała w grudniu 1991r. pod nazwą Centertel. Udziałowcami w tej największej w tym czasie spółki joint venture z kapitałem zagranicznym byli: TP SA (51%), Ameritech (24,5%), France Télécom (24,5%) (źródło: wikipedia). Sieć została uruchomiona 18 czerwca 1992 roku. Była siecią analogową pracującą w pasmie 450MHz w oparciu o skandynawski standard NMT450 w wersji „i”. Telefonów było mało i były sporych rozmiarów. Wyposażone były w charakterystyczne teleskopowe anteny, znane wcześnie z przenośnych radioodbiorników tranzystorowych. Abonamenty był drogie co było celowym działaniem, by od razu nie „zatkać” sieci. Co ciekawe nadajniki te wykorzystywała też później Telekomunikacja Polska S.A do podłączania telefonów stacjonarnych w miejscach, gdzie nie było okablowania telekomunikacyjnego – jako alternatywa dla wcześniejszych radiotelefonów pracujących o ile dobrze pamiętam w pasmie 160MHz.
Przełom w telekomunikacji: Cyfryzacja
Prace nad systemem mobilnej telefonii cyfrowej zapoczątkowano w 1982r. Pierwsza polska sieć GSM (Era GSM, operator Polska Telefonia Cyfrowa) została uruchomiona 13 września 1996 roku. 1 października 1996 r. usługi na bazie swojej sieci (Plus GSM) zaczął oferować Polkomtel. Zmiana transmisji z analogowej na cyfrową pozwoliła na siedmiokrotne zwielokrotnienie kanałów transmisyjnych oraz wprowadzenie nowych nieznanych do tej pory usług tj. krótkich wiadomości tekstowych (SMS – do 160 znaków), wiadomości sieciowych (CBS), czy transmisji danych – początkowo poprzez połączenia zestawiane (komutowane) CSD, a później jako transmisja pakietowa w domenie komutacji pakietów (GPRS). Wymiary anten i samych urządzeń też uległy miniaturyzacji. Sieć działała początkowo w pasmie 900MHz, a później także na 1800MHz (system DCS zwany GSM1800).
Cyfra na kolei
Standard GSM doczekał się adaptacji na potrzeby kolejnictwa. GSM-R (GSM for Railways, Kolejowa Sieć GSM) wykorzystywał standard GSM i korzystał ze wszystkich jego możliwości. Uzupełniono go jednak o pewne rozszerzenia dostosowane do specyfiki pracy związanej z eksploatacją i utrzymaniem infrastruktury kolejowej oraz zarządzaniem ruchem pociągów. W Polsce rozpoczęto jej wdrażanie w 2008r. i mimo upływu 16 lat nie udało się tego dokonać. Najnowsze informacje do których udało mi się dotrzeć z pomocą internetowej wyszukiwarki mówią o 2025r.
Internet w pociągach
Możliwość dostępu do internetu w pociągu dostrzeżono w 2015r. Wtedy to PKP Intercity – we współpracy z T-Mobile – zaczęła wprowadzać sieć WI-FI do swoich wagonów. Miałem okazji jechać pociągami ekspresowymi na trasie Kraków – Warszawa – Kraków co najmniej 3 razy i muszę powiedzieć, że nawet jeżeli udało się połączyć z punktem dostępowym sieci WI-FI (co nie zawsze się udawało), to i tak internet nie działał. Nie można było korzystać z komunikatorów, portali społecznościowych czy ze stron www, które zwyczajnie nie zaczynały się nawet ładować. Prawdopodobnie problemem była komunikacja punktu dostępowego z siecią zewnętrzną, które odbywa się drogą radiową. Być może powodował je problem słabego zasięgu, jakości sygnału czy przeciążenia danej stacji bazowej. Sama spółka chyba dostrzegła, że to nie działa i w marcu tego roku na swojej stronie internetowej poinformowała, że „możliwość korzystania z wydajnego i niezawodnego Internetu w trakcie podróży jest jednym z priorytetów PKP Intercity w zakresie obsługi pasażerskiej. Z początkiem roku w Spółce opracowano system WiFiX, którego zadaniem jest dostarczanie informacji potrzebnych do monitorowania i sprawnej obsługi systemów Wi-Fi dostępnych dla pasażerów. Nowy system został właśnie produkcyjnie uruchomiony dla pociągów przewoźnika, a kontrolę nad nim sprawował będzie zespół IT PKP Intercity.”
Czemu nie z satelity?
Dobre pytanie, a jeszcze szybsza odpowiedź: bo technicznie się nie da. W normalnych transmisjach satelitarnych na potrzeby radia, telewizji czy systemów nawigacji wykorzystuje się satelity geostacjonarne. Ich zaletą jest fakt, że minimum trzy pokryją swoim zasięgiem całą kulę ziemską. Niestety te satelity znajdują się bardzo wysoko: 35 786 km nad równikiem (42 160 km od środka Ziemi). Prędkość ciała na orbicie geostacjonarnej wynosi ok. 3,08 km/s, a czas okrążenia przez niego Ziemi jest równy 23 godziny 56 minut i 4 sekundy, czyli dokładnie tyle, ile trwa doba gwiazdowa. Niestety czas propagacji fali między takim satelitą a ziemią jest za duży, by możliwe stało się połączenie telefoniczne czy transmisja danych. Dlatego koniecznym było zastosowanie niski orbit (LEO). To z kolei powoduje, że taki satelita „widzi” telefon tylko przez max. kilka minut, a potem połączenie musi zostać przekazane innemu satelicie. Takie przełączenie musi odbyć się bez utraty połączenia – z angielskiego nazywa się to soft handover (miękkie przekazanie). To wszystko sprawia, że takich satelitów musi być co najmniej kilkadziesiąt by pokryć swym zasięgiem cały glob. Obecnie – jak informował rok temu „Komputer Świat” – wokół Ziemi krąży około 5000 satelitów Starlink firmy kosmicznej SpaceX, które zapewniają ludziom na całym świecie dostęp do internetu. W najbliższej przyszłości liczba ta ma wzrosnąć do 12 tys. satelitów. W przypadku poruszania się pociągu z prędkością nawet do 200-350km/h to połączenie było by nierealne do utrzymania. Dlatego konieczna jest łączność naziemna. Tym bardziej, że od standardu telefonii komórkowej 3G już opracowano metody komunikacji z obiektem poruszającym się nawet z prędkościami ok 150km/h.
Reasumując: kolej najpierw powinna skoncentrować się na digitalizacji systemów łączności kolejowej, bo nie udało jej się to od 16 lat. Systemy analogowe niestety nie są zabezpieczone w żaden sposób, o czym można się było przekonać kilka lat temu, gdy nieupoważnione do tego osoby wyemitowały drogą radiową sygnał „radio-stop”, który zahamował pociągi w wielu miejscach w Polsce. O tym jak to zrobić można przeczytać w internecie – nie są to rzeczy tajne. Natomiast zapewnienie jako tako działającego internetu w pociągach nie obejdzie się bez współpracy z operatorami sieci komórkowych. Wynika to z faktu, że wymaga to zamontowania w wagonach wzmacniaczy (regeneratorów) sygnału komórkowego, co może prowadzić do zakłócenia pracy sieci komórkowej na danym terenie. Potrzebna może okazać się też instalacja dodatkowych stacji bazowych w pobliżu szlaków kolejowych czy montażu anten kierunkowych patrzących wzdłuż linii kolejowych – co robiła już dawno temu sieć IDEA montując takie anteny wzdłuż dróg i autostrad.
Sebastian Kolemba
zdjęcie ilustracyjne: Lichen99 – Praca własna, CC BY-SA 3.0 pl, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=43124640