FRMCS (Future Railway Mobile Communication System)

Das Future Railway Mobile Communication System (FRMCS) ist der neue globale Standard für drahtlose Kommunikation im Eisenbahnwesen. Es wurde entwickelt, um das veraltete GSM-R-System zu ersetzen und als technologische Grundlage für die nächste Generation sicherer, effizienter und digital transformierter Bahnbetriebe zu dienen. Die Entwicklung erfolgt unter der Leitung der Internationalen Eisenbahnunion (UIC) in Zusammenarbeit mit ETSI, 3GPP und globalen Industriepartnern.

Definition und Überblick

FRMCS ist eine offene, breitbandige, IP-basierte mobile Kommunikationsplattform, die den hohen Anforderungen moderner Bahnen gerecht wird. Im Gegensatz zur schmalbandigen, sprachzentrierten 2G-Architektur von GSM-R nutzt FRMCS 5G New Radio (NR) und fortschrittliche Telekommunikationstechnologien, um missionskritische Sprach-, Hochgeschwindigkeitsdaten-, Video-, IoT- und Automatisierungsdienste über ein einheitliches, sicheres und skalierbares System bereitzustellen.

Wesentliche Merkmale:

• Missionskritische Dienste (MCX): Integriert Push-to-Talk, Video und Daten gemäß 3GPP-Standards und unterstützt zuverlässige, priorisierte Kommunikation für Bahnpersonal und Betrieb.
• Radio-agnostische Architektur: Obwohl 5G NR bevorzugt wird, kann FRMCS auch über LTE, Wi-Fi, Satellit oder andere Funktechnologien betrieben werden und ermöglicht so flexible Einsätze in verschiedenen Umgebungen.
• Offene Standards & Interoperabilität: Verwendet internationale offene Standards, um Herstellerneutralität, globale Anwendbarkeit und nahtlosen grenzüberschreitenden Betrieb sicherzustellen.
• Sicherheit & Resilienz: Setzt auf robuste, mehrschichtige Sicherheit, Ende-zu-Ende-Verschlüsselung und Geo-Redundanz, um Cyberbedrohungen abzuwehren und hohe Verfügbarkeit zu gewährleisten.
• Integrationsfähigkeit: Schnittstellen zu Signalisierung (z. B. ETCS), Automatisierung, Anlagenüberwachung und Fahrgastsystemen ermöglichen digitale Transformation und smarte Bahnlösungen.

Historischer Kontext: Von GSM-R zu FRMCS

GSM-R ist seit Ende der 1990er Jahre das Rückgrat der Eisenbahnkommunikation und unerlässlich für das Europäische Eisenbahnverkehrsmanagementsystem (ERTMS) und das Europäische Zugsteuerungssystem (ETCS). Trotz seiner Bedeutung für die Harmonisierung des europäischen und globalen Bahnbetriebs ist die 2G-Technik von GSM-R inzwischen überholt:

• Begrenzt auf Sprache und sehr niedrige Datenraten (9,6 kbps/Kanal).
• Obsoleszenzrisiko, Support-Ende bis ca. 2035 und abnehmende Herstellerunterstützung.
• Keine Unterstützung für Echtzeitdaten, Video, IoT, Automatisierung.

FRMCS wurde entwickelt, um diese Einschränkungen zu überwinden, digitale Bahnbetriebe, Automatisierung und die Integration neuer Technologien und Dienste zu ermöglichen, die für einen sicheren, effizienten und wettbewerbsfähigen Bahnbetrieb unerlässlich sind.

Ziele von FRMCS

• Kontinuität: Sicherstellung der missionskritischen Kommunikation beim Auslaufen von GSM-R.
• Digitale Transformation: Ermöglicht Hochgeschwindigkeits-, latenzarme Daten, Echtzeitanalysen und Automatisierung.
• Einheitliche Plattform: Konsolidiert Sprache, Daten, Video und IoT auf einer skalierbaren Infrastruktur.
• Zukunftssicherheit: Radio-agnostisches, modulares Design – bereit für 5G, 6G und darüber hinaus.
• Interoperabilität: Nahtloser grenzüberschreitender und herstellerneutraler Betrieb.
• Sicherheit: Umfassende Cyberabwehr und Einhaltung regulatorischer Vorgaben.

Technische Merkmale und Architektur

Kommunikation der nächsten Generation

• Basierend auf 3GPP 5G NR: Ultra-niedrige Latenz, hohe Bandbreite, Unterstützung für tausende Geräte pro Funkzelle.
• Multi-Access-Unterstützung: 5G, LTE, Wi-Fi, Satellit – für betriebliche Flexibilität und flächendeckende Abdeckung.
• Dynamisches Handover & Multi-Connectivity: Nahtlose Übergänge selbst bei sehr hohen Geschwindigkeiten (>500 km/h).
• Missionskritische Dienste (MCX):
  • MCPTT (Push-to-Talk)
  • MCVideo (Echtzeitvideo)
  • MCData (Datendienste)
• Network Slicing & Virtualisierung: Dedizierte logische Netze für Signalisierung, Betrieb oder Fahrgastdienste auf gemeinsamer Infrastruktur.
• Edge Computing: Echtzeitverarbeitung nahe am Zug für Automatisierung und Analytik.

Frequenzspektrum und Bänder

• Primäre europäische Bänder: 874,4–880,0 MHz / 919,4–925,0 MHz (gepaart, 2x5,6 MHz) und 1900–1910 MHz (ungepaart).
• Globale Anpassungsfähigkeit: Für flexible Implementierung in unterschiedlichen regulatorischen und spektralen Rahmenbedingungen konzipiert.
• Effiziente Spektrumnutzung: Dynamische Spektrumsnutzung, Carrier Aggregation, adaptive Modulation.

Zuverlässigkeit und Redundanz

• Geo-redundante Architektur: Kern- und Funknetzkomponenten sind an getrennten Standorten doppelt vorhanden.
• Automatisches Failover: Schnelle Wiederherstellung und Skalierung durch Virtualisierung und Cloud-native Technologien.
• Hohe Verfügbarkeit: Zielwert 99,9999 % Betriebszeit, inklusive Widerstandsfähigkeit gegen Naturkatastrophen und Ausfälle.

Sicherheit und Cyberabwehr

• Ende-zu-Ende-Verschlüsselung: Schützt sowohl Signalisierungs- als auch Nutzdaten.
• Starke Authentifizierung: Nur autorisierte Nutzer/Geräte erhalten Zugriff auf missionskritische Dienste.
• Defense-in-Depth: Mehrschichtige Kontrollen wie Firewalls, Intrusion Prevention und kontinuierliche Überwachung.
• Regulatorische Konformität: Ausgerichtet an CENELEC, ISO/IEC 27001, IEC 62443 und EU NIS-Richtlinie.

Migration und Interoperabilität

• Sanfter Übergang: Dual-Mode-Betrieb ermöglicht parallele Nutzung von GSM-R und FRMCS während der Migration.
• Infrastrukturnutzung: Bestehende Standorte, Verkabelung und Stromversorgung können oftmals weiterverwendet werden.
• Offene Schnittstellen: Integration mit ETCS, Verkehrsmanagement und Anlagenüberwachungssystemen.
• Internationale Harmonisierung: Unterstützt grenzlosen Bahnbetrieb und Herstellerdiversität.

Integration an Bord und an der Strecke

• TOBA (Telecom On-Board Architecture): Standardisiert Funkmodule, Netzabschlüsse und Schnittstellen zu Zug-/Subsystem-Elektronik.
• Streckenseitige Schnittstellen: Standardisierte Protokolle für Funkzugänge, Kernnetz und Signalisierungsintegration.
• Grenzüberschreitende Unterstützung: Nahtloses Handover zwischen nationalen Netzen.

Zentrale Vorteile für Bahnbetreiber und Industrie

• Betriebliche Effizienz: Vereinheitlichte Kommunikationsplattform reduziert Komplexität und Kosten und unterstützt Automatisierung.
• Fortschrittliche Automatisierung: Ermöglicht automatisierten Zugbetrieb (ATO), vorausschauende Wartung und Echtzeitanalysen.
• Sicherheit und Schutz: Zuverlässige, durchgängige Kommunikation für Signalisierung, Zugsteuerung und Notfallreaktion.
• Digitale Transformation: Unterstützt IoT, KI und digitale Zwillinge für smarte Bahnbetriebe.
• Skalierbarkeit und Flexibilität: Anpassbar an lokale regulatorische und betriebliche Anforderungen weltweit.
• Herstellerneutralität: Offene Standards fördern Wettbewerb und Innovation.

Anwendungen in der Praxis

• Zugsteuerung und Signalisierung: Unterstützt ETCS, ATO und weitere sicherheitskritische Systeme.
• Videoüberwachung: Echtzeit-Streaming von CCTV für Sicherheit und Betriebsüberblick.
• Anlagenüberwachung: IoT-Konnektivität für vorausschauende Wartung und Infrastrukturerhalt.
• Fahrgastdienste: Hochgeschwindigkeitskonnektivität für Infotainment, Ticketing und Notfallkommunikation.
• Autonomer Betrieb: Grundlage für fahrerlose Züge und smarte Infrastruktur.

Einführung und Rollout

• Stufenweise Migration: Ermöglicht schrittweisen Rollout, Koexistenz mit GSM-R und risikominimierte Umstellung.
• Globale Pilotprojekte: Frühe Implementierungen und Pilotversuche laufen in Europa und Asien, vollständige Ausrollung mit Auslaufen von GSM-R geplant.
• Ökosystementwicklung: Wird weltweit von führenden Herstellern, Betreibern und Normungsgremien unterstützt.

Ausblick

FRMCS ist mehr als ein Technologie-Upgrade – es ist der Wegbereiter für die digitale Zukunft des Eisenbahnsektors. Mit der Reife von 5G und darüber hinaus und dem Streben der Bahnen nach mehr Effizienz, Sicherheit und Automatisierung bietet FRMCS das sichere, anpassungsfähige und leistungsstarke Kommunikationsfundament, das für Transformation und Innovation weltweit erforderlich ist.

Weitere Informationen und Ressourcen

• UIC FRMCS Offizielle Seite
• ETSI FRMCS Standards
• 3GPP Mission Critical Services
• EU-Kommissionsbeschluss 2021/1730 zum FRMCS-Spektrum
• UIC TOBA Architektur-Dokumentation

Zusammenfassung

Das Future Railway Mobile Communication System (FRMCS) ist der nächste Standard, mit dem der Bahnbetrieb durch sichere, schnelle und missionskritische Konnektivität transformiert wird. Es ist der Schlüssel für Automatisierung, Digitalisierung und operative Effizienz und unterstützt Bahnen weltweit auf ihrem Weg zu intelligenterem, sichererem und nachhaltigerem Transport.

Wenn Sie die Zukunft Ihrer Eisenbahnkommunikation planen oder sich auf das Ende von GSM-R vorbereiten, ist FRMCS die Lösung, um Ihre Abläufe auch im digitalen Zeitalter sicher, effizient und wettbewerbsfähig zu halten.