Řešení mobilní komunikace ve vlacích na železničních koridorech v ČR

Transkript

1 Řešení mobilní komunikace ve vlacích na železničních koridorech v ČR DOKUMENT APMS Asociace provozovatelů mobilních sítí Kodaňská 1441/46, Praha 10 Duben apms@apms.cz

2 O dokumentu Mobilní operátoři sdružení v Asociaci provozovatelů mobilních sítí (APMS) se v dubnu 2016 dohodli na ustanovení pracovní skupiny, jejímž cílem je řešení kvalitativního zlepšení mobilní komunikace pro cestující ve vlacích na železničních koridorech v ČR. Na činnosti pracovní slupiny se podílí operátoři O2 Czech Republic a. s., T-Mobile Czech Republic a. s., a Vodafone Czech Republic a. s. Společnost Nordic Telecom s. r. o. působí v roli pozorovatele. Tento dokument analyzuje výchozí situaci, porovnává možné způsoby řešení, představuje společnou pozici mobilních operátorů a předkládá návrh na další postup řešení. 1 / 8

3 Analýza výchozí situace Železniční síť a její pokrytí mobilním signálem Železniční síť v České republice patří k nejhustším na světě a její délka přesahuje 9,5 tisíc kilometrů. Dominantním vlastníkem je český stát, který prostřednictvím státní organizace Správa železniční dopravní cesty (SŽDC) spravuje km tratí. Nejvýznamnější tratě celostátní dráhy jsou jakožto 4 koridory zařazeny do evropského železničního systému. Tratě na koridorech dosahují celkové délky km. Kromě mezinárodních a vnitrostátních dálkových vlaků, jsou koridory v osobní dopravě využívány i pro regionální a příměstské spoje. Kvalita a spolehlivost mobilních služeb pro cestující ve vlacích závisí především na dostatečné a spojité úrovni signálu mobilní sítě uvnitř železničních vozidel po celou dobu přepravy. Uživatelé mobilních služeb očekávají nejen spolehlivá mobilní volání, ale současně také zajištění datového připojení s přenosovými rychlostmi, které nebudou významně odlišné od rychlostí běžně dosahovaných mimo vlak. Pro mobilní volání jsou relevantní především GSM a UMTS sítě. Pokrytí GSM (2G) signálem u všech operátorů přesahuje 99% území. Signál UMTS (3G) sítí není u žádného operátora v ČR celoplošně dostupný, pokryta jsou zejména větší sídla a celkové pokrytí dosahuje přibližně 67% území. Přesto zákaznická zkušenost ukazuje, že při cestování vlakem není pro volání mobilní signál vždy dostupný, nebo dochází k problémům s udržením sestavených spojení. Pro zajištění kvalitních hlasových služeb je úroveň signálu 2G optimalizovaná tak, aby nedocházelo k nadbytečnému počtu předávání mezi buňkami (handover). Pokrytí železničních tratí signálem 2G sítí bylo doposud realizováno primárně jako součást pokrytí daného území. Intenzitu pokrytí železničních tratí také ovlivňují specifické stavebně technická řešení vedení tratí v terénních zářezech, tunelech, údolích a poslední době i intenzivní výstavba úseků protihlukových bariér podél tratí. Měření úrovně signálu, které na koridorech v polovině roku 2016 provedl Český telekomunikační úřad (ČTÚ), ukazuje, že dostatečná úroveň signálu pro vnější pokrytí (outdoor) 2G signálem je dosažena na minimálně na 99,84% délky tratí na koridorech. Avšak stejné měření současně prováděné uvnitř železničního vozu zjistilo kvalitní pokrytí v rozsahu pouze 91,79% - 97,99%, v závislosti na vlastnostech jednotlivých typů vozů, přičemž pokrytí bylo více fragmentováno (u 3G a 4G sítí je rozdíl mezi outdoor a indoor hodnotami ještě výraznější). V rychlém sledu se tak střídají pokryté a nepokryté úseky, což při pohybu ve vyšších rychlostech zvyšuje četnost předávání mezi buňkami a současně významně snižuje kvalitu služby, zejména pak stabilitu a udržení sestavených spojení. Z uživatelského hlediska to navíc významně zvyšuje spotřebu baterie mobilního telefonu a to, i pokud službu během jízdy aktivně nevyužívá. Pro datová připojení je rozhodující úroveň pokrytí signálem LTE sítí (4G). Licenční podmínky požadují vybudovat pokrytí železničních koridorů a dálnic a to tak, že do března 2019 musí být pokryto minimálně 50% délky koridorů a do března 2021 potom 100% délky železničních koridorů. Pro splnění licenčních kritérií je kontrolována kvalita signálu pro outdoor ve výšce 4,5 m nad kolejnicí. Měření ČTU, z poloviny roku 2016, zjišťovalo také aktuální stav plnění závazku mobilních operátorů v pokrývání koridorů LTE signálem. Měření prokázalo, že outdoor 2 / 8

4 pokrytí je dostupné minimálně na 83,3% délky koridorů a mobilní operátoři jsou tak ve významném předstihu v plnění svých závazků. Kvalita signálu uvnitř vozu, respektive pokrytí však dosahovalo rozpětí pouze 45,3% - 76,4%. Dopravci a vozidla Osobní přepravu na železničních tratích v ČR je oprávněno, na základě licence a osvědčení dopravce vydané Drážním úřadem, provozovat množství subjektů (26 stav k ). V reálném provozu mají největší podíl společnosti České dráhy, a.s. (94,48% vlkm), RegioJet a.s.(2,47% vlkm) a LEO Express a.s. (1,9% vlkm). Další dopravci (ARRIVA vlaky s.r.o., GW Train Regio a.s., Die Länderbahn mbh a KŽC Doprava, s.r.o.) mají společně podíl okolo 1% vlkm. Význam ostatních dopravců je zanedbatelný a ve velké většině ani neprovozují pravidelnou dopravu. Provoz dopravců RegioJet a LEO Express je přitom převážně realizován na trase Praha Ostrava, současně však tito dopravci a společnost ARRIVA vlaky postupně rozšiřují počty pravidelných spojů a provozovaných relací na dalších tratích (Brno Praha, spoje do Starého města u U.H., spoje z Prahy do Benešova a dále přes České Budějovice do Nové Pece, spojení na Slovensko z Ostravy přes Žilinu, z Brna do Bratislavy nebo ze Starého Města U.H do Trenčína). Podíl společnosti České dráhy na osobní přepravě tak každoročně mírně klesá ve prospěch ostatních dopravců. Vozový park pro osobní dopravu tří největších dopravců je tvořen více než stovkou typů a provedení vozidel pravidelně nasazovaných pro přepravu osob. Zatímco LEO Express využívá nyní vozidla v jediném provedení, dopravce RegioJet vyžívá více než 10 různých typů a provedení. Největší rozmanitost v typech a provedeních osobních vozů mají České Dráhy (minimálně 100). Kromě toho jsou do mezinárodních vlaků na území ČR pravidelně řazeny také desítky dalších typů a provedení vozidel zahraničních dopravců, zejména z okolních zemí (ZSSK, ÖBB, DB, PKP Intercity, MÁV). V dubnu 2016 publikoval ČTÚ výsledky měření útlumu mobilního signálu vybraných typů železničních vozidel. ČTÚ podrobil detailnímu testování devět nejpoužívanějších typů železničních vozů. Měřil se přitom prostup signálu v pásmech 2G a 4G, kdy byl měřený vůz ozařován signálem z generátoru postupně přelaďovaného v jednotlivých kmitočtových pásmech. Naměřená střední hodnota útlumu se pohybovala v rozmezí db. Přičemž nižší hodnoty byly zjištěny u starších typů vozidel používaných primárně v regionální dopravě. Nejvyšší hodnoty útlumu (45 db) byly naměřeny u modernizovaného oddílového vozu Bmz241 nasazovaného převážně na dálkové spoje. Moderní soupravy typu Pendolino, Railjet, RegioPanter, InterPanter mají útlum v rozmezí db. Dílčí závěr Měření pokrytí koridorů společně s měřením útlumu mobilního signálu vybraných typů železničních vozů tak jednoznačně potvrdilo, že konstrukční vlastnosti železničních vozidel zásadním způsobem utlumují úroveň signálu mobilních sítí. Z uvedeného současně vyplývá, že vlastní splnění licenčních kritérií pro LTE sítě není bez dalších technických opatření dostatečným předpokladem pro očekávanou kvalitu služby uvnitř železničních vozidel. 3 / 8

5 Možné způsoby řešení a zahraniční zkušenosti Zahraniční zkušenosti ukazují, že přístup k řešení se v jednotlivých zemích odlišuje v závislosti na výchozích podmínkách, jakými jsou úroveň pokrytí mobilním signálem, stavem a vybavením vozového parku dopravců, obvyklou vzdáleností cesty vlakem a návyky uživatelů. Vždy je však rozhodující aktivní spolupráce provozovatelů mobilních sítí elektronických komunikací a subjektů v oblasti železniční dopravy. Dostupnost přístupu k mobilním službám ve vlacích po celou dobu přepravy je faktorem, který má vliv na konkurenceschopnost železniční dopravy vůči jiným druhům dopravy a současně mezi jednotlivými železničními dopravci navzájem. Zatímco řešení dostatečné úrovně 2G signálu pro volání je zpravidla řešeno instalací opakovačů signálu do vozidel, přístup k internetu a dalším širokopásmovým službám je řešen více způsoby. V severní Evropě nabízí dopravci ve většině spojů cestujícím přístup k internetu prostřednictvím Wi-Fi sítě, která je v jednotlivých vozech realizovaná instalací přístupových bodů připojených na 3G/4G modemy, které přijímají signál mobilních operátorů prostřednictvím izotropních antén instalovaných na střeše železničních vozidel. Přístup k Wi-Fi je zpravidla pro cestující bezplatný a náklady na datová připojení hradí dopravci. Modely se zpoplatněným přístupem k Wi-Fi nebyly komerčně úspěšné, zejména pro složitost platebních mechanismů a nízkou ochotu zákazníků k dodatečným platbám. Naproti tomu německé DB poskytují bezplatné Wi-Fi pouze v 1. třídě rychlovlaků ICE a svá vozidla vybavují palubními opakovači mobilního signálu pro 2G a 4G. V říjnu 2016 DB oznámily, že do roku 2018 investují 80 mil EUR na instalace nové generace opakovačů pro 2G a 4G do 3750 vozidel své ICE a IC flotily a nahradí tak stávající opakovače pouze 2G signálu. Švýcarské SBB umožnily nejprve mobilním operátorům využít jejich nemovitosti pro umístění vysílačů a související infrastruktury pro zlepšení vnějšího pokrytí tratí mobilním signálem a instalovat řešení pro pokrytí tunelů. Přesto bylo vzhledem k vysokému útlumu vozidel (SBB udává průměrných 30dB) potřeba instalovat do vozidel opakovače mobilního signálu (2G/3G/4G) a interní anténní rozvody, které zaručují rovnoměrné pokrytí pro všechna místa uvnitř vozu. Do roku 2014 bylo takto vybaveno 1081 rychlíkových vozů pro dálkovou přepravu a 51 jednotek ICN. Do roku 2020 je plánováno takto vybavit všechny vozy pro regionální a příměstskou dopravu (S-bahn). Odlišnou cestu zkouší švýcarský dopravce BLS, který ve spolupráci se švýcarským federálním technologickým institutem v Lausanne vyvíjí specializovaná skla pro železniční vozidla, která budou mít nízký útlum pro elektromagnetické vlny ve spektru používaném pro mobilní sítě, ale současně vysoké hodnoty tepelného odporu. Rakouské ÖBB za významné účasti BMVIT (ministerstvo dopravy, inovací a technologií) a ve spolupráci s mobilními operátory realizují řešení výstavby dodatečného pokrytí železničních tratí mobilním signálem. V plánu je realizace cca 900 nových vysílačů 2G a 4G signálu, přičemž přibližně pro dvě třetiny bude využita infrastruktura stávajících vysílačů pro síť GSM-R rakouských drah. I tak mají ÖBB (z důvodu vysokého útlumu) v plánu instalaci opakovačů 2G a 4G signálu do všech jednotek typu Railjet a Citijet. Celkové plánované náklady přesahují 100 mil. EUR, přičemž dvě třetiny bude hradit prostřednictvím BMVIT rakouský stát a jednotlivé spolkové země. 4 / 8

6 Výhody a nevýhody jednotlivých řešení Instalace Wi-Fi přístupových bodů Dodatečné instalace přístupových bodů Wi-Fi do vozidel mohou dopravci provádět samostatně, bez přímé součinnosti mobilních operátorů. Spotřebu mobilních dat, která jsou takto čerpána, hradí svým cestujícím dopravci, kteří jsou účastníky mobilních sítí. Což znamená, že kromě instalačních nákladů, schvalovacích nákladů a nákladů na údržbu jsou dopravci zatěžováni i náklady na mobilní datové přenosy. Cestují tak užívají data zpravidla bezplatně (v ceně jízdného) avšak se všemi nevýhodami takto sdíleného připojení (nutnost individuálního nastavení přístroje, omezení rychlostí v provozních špičkách, bezpečnost, omezení přístupu k některým typům obsahu a podobně). Toto řešení navíc neřeší standardní přístup k mobilnímu volání. Instalace opakovačů mobilního signálu Pro instalace opakovačů mobilního signálu je nutná přímá součinnost dopravců, respektive vlastníků železničních vozidel a mobilních operátorů, kteří jsou držiteli příslušných licencí ke kmitočtům a mají oprávnění k provozu vysílacích zařízení. Technické parametry opakovačů musí být pro podmínky každého vozidla optimalizovány, aby nedocházelo k nežádoucím interferencím s vnějším okolím. Náklady na schvalování, instalaci a údržbu jsou řádově srovnatelné Wi-Fi, avšak dopravcům odpadají náklady na datové přenosy. Vícepásmové opakovače jsou řešením i pro standardní volání v mobilních sítích. Z provozního hlediska vzniká komplikovaná situace sdílené odpovědnosti provozovatele vozidla a operátorů mobilních sítí, která se projeví v případě řešení poruch a stížností na kvalitu služby. Mobilní operátoři také nemají žádný vliv na nasazování a oběh vozů vybavených opakovači. Instalace Wi-Fi řešení a opakovačů signálu vyžaduje individuální technické řešení pro každý typ nebo provedení železničního vozidla a nákladné samostatné typové schválení. Rozmanitost vozového parku dopravců tak významně zvyšuje celkové náklady řešení. Vybudování nových základnových stanic Dalším možným řešením je zvýšení intenzity signálu mobilních sítí výstavbou dodatečných vysílačů tak, aby nebylo nutné instalovat opakovače signálu do jednotlivých vozidel. Pro zajištění vysoké míry pravděpodobnosti signálu o dané úrovni, která překoná dodatečný útlum vozidla, na celém úseku trati roste se zvyšující se pravděpodobností potřebný počet vysílačů geometrickou řadou. Dodatečné vysílače je třeba mnohdy umístit do nových lokalit, dosud nenapojených na elektrickou energii a transportní sítě operátorů. Je tak nutno nově získat práva k pozemkům a na nich budovat nákladné věže, elektrické přípojky, optické kabely a přístupové komunikace. Je zřejmé, že takovéto řešení je možné jen do určité hranice útlumu železničního vozidla. Současně je třeba mít na paměti, že přínos pro kvalitu mobilních služeb ve vlacích toto řešení přináší až po vybudování dodatečného pokrytí na dostatečně dlouhých a spojitých úsecích tratí. Aktivní spolupráce a součinnost správce dráhy, zejména potom možnost využití nemovitostí a komunikační infrastruktury a další technické infrastruktury správce dráhy je cestou jak snížit náklady na výstavbu dodatečných vysílačů mobilních sítí. 5 / 8

7 Vyhodnocení situace a pozice mobilních operátorů sdružených v APMS Instalace Wi-Fi přístupových bodů do jednotlivých vozů, jak je v současné době realizují také dopravci v ČR, přináší cestujícím pouze omezené řešení datové komunikace bez řešení pro mobilní volání. Při srovnatelných nákladech včetně schvalovacích je instalace opakovačů univerzálnějším řešením s dlouhodobě nižšími náklady pro dopravce. Samostatná instalace Wi-Fi přístupových bodů nebo opakovačů mobilního signálu a její schvalování je vysoce nákladná. Náklady lze výrazně snížit, pokud by takováto instalace byla součástí dodávky nového železničního vozidla, respektive prováděna současně s celkovou modernizací vozidla. Rozmanitost vozového parku, komplexita vztahů při provozu a žádný vliv operátorů na skutečné provozní nasazení vozů s opakovači mobilního signálu je důvodem pro limitaci tohoto řešení pouze na vozidla s velmi vysokým útlumem. Implementace opakovačů do vozidel a rozsah těchto vozidel je komerčním rozhodnutím jednotlivých dopravců. Mobilní operátoři jsou připravení poskytnout technickou asistenci a součinnost pro realizaci a provoz řešení. Pro zlepšení úrovně signálu uvnitř většiny vozidel bude na základě provedené technické studie třeba vybudovat řádově stovky nových vysílačů, které umožní kvalitní používání mobilních služeb ve vlacích bez dodatečných instalací v těchto vozidlech. Takovéto pokrytí bude nad rámec licenčních kritérií a jeho realizace je významně podmíněna ekonomickou efektivitou takto vynaložené investice. Doba ekonomické návratnosti investic mobilních operátorů je na straně jedné ovlivněna výší inkrementálních výnosů, kterých lze takovouto investicí reálně dosáhnout a na straně druhé podílem operátora na vynaložených nákladech. Možnost získání inkrementálních výnosů je v době rostoucího podílu paušálních tarifních schémat pouze omezená. Rozhodující je tedy především výše celkových investičních a provozních nákladů na realizaci a provoz. Toho může být dosaženo pouze za předpokladu realizace sdílené infrastruktury mobilních operátorů (minimálně na úrovni fyzické kolokace) při současném využití infrastruktury SŽDC včetně infrastruktury vysílačů GSM-R. Samotné využití vysílačů GSM-R pro technologie mobilních operátorů však není dostatečné. Pro zajištění dostatečné úrovně signálu ve vozidlech bude třeba tuto síť zahustit a doplnit síť nově budovanými vysílači. Uvedeným způsobem budovaná infrastruktura může v budoucnu sloužit i pro realizaci nové generace širokopásmových sítí pro řízení a správu železniční infrastruktury a dopravy na bázi LTE, které postupem doby doplní systém GSM-R. 6 / 8

8 Stav řešení a návrh dalšího postupu členů APMS Výstupem dosavadních technických jednání je shoda na tom, že efektivní řešení problému vyžaduje 3 technické komponenty: o Nalezení technického řešení dokrytí vagónů s vysoce nadprůměrným útlumem pokrytí v odpovědnosti dopravců. o Doplnění existujícího/plánovaného pokrytí z venkovních vysílačů na kompromisní úroveň signálu, která bude dostatečná k překonání útlumu významného procenta železničních vozidel. o Vytvořit technické řešení pro tunelové úseky využití zkušeností z pokrývání metra v Praze a zkušenosti ze zahraničí. Nutným předpokladem pro další jednání o možném využití infrastruktury GSM-R pro realizaci vysílačů mobilních operátorů je dokončení testů interoperability prováděné v lokalitě Sokoleč na železničním zkušebním okruhu VUZ. Mobilní operátoři jsou současně připraveni poskytnout dopravcům technickou podporu pro instalaci opakovačů mobilního signálu. Za tímto účelem je na půdě APMS připravován technický dokument se sadou doporučení a podmínek pro realizaci. APMS je připravena organizovat širší odbornou diskusi se zainteresovanými subjekty z oblasti železniční dopravy, státní správy a další odborné veřejnosti. 7 / 8

9 Na zpracování dokumentu se podíleli členové pracovní skupiny pro zlepšení mobilní komunikace pro cestující ve vlacích na železničních koridorech v ČR. Materiál je k dispozici v elektronické podobě na webových stránkách Asociace provozovatelů mobilních sítí / 8