Radio i järnväg och vägtrafik
Så använder tåg och bilar radio: GSM-R och FRMCS, ETCS, fordon som pratar med varandra på 5,9 GHz, avgiftsbrickor på 5,8 GHz, bilradar på 76–81 GHz, eCall och trafikinformation via radio.
Innehåll
Trafiken är full av radio som sällan märks. Ett tåg får sin körorder över radio, bilen kan larma 112 om du krockar, och en grind registrerar din bricka utan att du stannar. Samma fysik som i övriga artiklar gäller, men kraven är särskilda: signalerna måste fungera vid 300 km/h, i tunnlar och med människoliv på spel. Den här artikeln går igenom radiotjänsterna i järnväg och vägtrafik: vilka band de använder, hur de fungerar och vad som är på väg att ändras.
Översikt över banden#
Trafikradion ligger i väldigt olika delar av spektrumet (figur 1), från FM-bandet för trafikinformation till 77 GHz för bilradar. Det som förenar dem är att de ligger i band som är avsatta eller harmoniserade för just trafik. Färger enligt SRFA:s skala: landmobil är orange, rundradio röd, kortdistansradio grön, radar magenta.
GSM-R: tågens radiosystem#
GSM-R (eng. GSM for Railways) är en variant av mobiltelefonsystemet GSM (se mobilnätens generationer) som har anpassats för järnväg. Systemet har användts i Sverige sedan år 2000. Trafikverket anger att det i dag hanterar ca 350 000 samtal i månaden.1
Skillnaderna mot ett vanligt mobilnät är avsiktliga:
- Eget band. Systemet ligger vid 876–880 MHz (från tåget) och 921–925 MHz (till tåget). Fyra megahertz rymmer 19 användbara bärvågor med 200 kHz avstånd. Varje bärvåg har 8 tidluckor, så det finns luckor per riktning, vilka återanvänds längs spåret.
- Järnvägsfunktioner. Gruppsamtal till alla tåg på en sträcka, nödanrop med högsta prioritet, och adressering efter funktion (till exempel ”tågklarerare på sträcka X”) snarare än telefonnummer.
- Hastighet. Systemet är byggt för att fungera i upp till 500 km/h.
- Täckning. Basstationerna står längs spåret med små avstånd, och tunnlar får egna antenner eller läckande kabel.
Eftersom 921–925 MHz ligger precis intill det kommersiella 900 MHz-bandet kan starka signaler från mobilnäten störa GSM-R-mottagarna. Det är en känd utmaning vid planering av basstationer nära järnvägar (se linjäritet och intermodulation).
ERTMS och ETCS#
ERTMS (eng. European Rail Traffic Management System) är den europeiska standarden för trafikledning på järnväg, så att tåg kan gå gränsöverskridande utan att byta signalsystem. Den viktigaste delen är ETCS (eng. European Train Control System), som kontrollerar att tåget håller hastigheten och stannar före stoppsignalen.
I ETCS nivå 2 går informationen över GSM-R (figur 2):
- Tåget läser av balisen (en passiv markör mellan rälsen) och vet exakt var det är.
- Tåget rapporterar position och hastighet över GSM-R till RBC (eng. radio block centre).
- RBC kontrollerar med ställverket att vägen är fri och skickar ett färdtillstånd (eng. movement authority) tillbaka: hur långt tåget får köra och hur fort.
- Tågets dator övervakar att föraren följer färdtillståndet och bromsar automatiskt om inte.
Dataöverföringen har traditionellt skett över kretskopplad data i GSM-R med ca 9,6 kbit/s. Det räcker eftersom meddelandena är korta, men förbindelsen måste vara säker och snabb. Radiolänkens tillgänglighet är därför en säkerhetsfråga.
Från GSM-R till FRMCS#
GSM-R bygger på teknik från 1990-talet. Efterföljaren FRMCS (eng. Future Railway Mobile Communication System) bygger på 5G och 3GPP:s tjänster för samhällskritisk kommunikation (MCX, samma ramverk som i Rakel och SWEN). Det ger bredare data för video, sensordata och mer kapacitet än GSM-R. Trafikverket startade projektet 2023, och FRMCS i bandet 1 900 MHz (TDD, där upp- och nedlänk delar frekvens i tid) testas, bland annat i Norralatunneln. Migreringen är planerad till omkring slutet av 2020-talet och början av 2030-talet, men tidplanen var enligt det underlag som använts här inte fastställd.1 Under övergångstiden används de båda systemen parallellt.
Det är samma mönster som för SWEN: ett äldre system byggt för tal och korta data ersätts av 4G/5G-teknik med standardiserade tjänster för gruppsamtal och nödlarm.
Fordon som pratar: ITS och C-ITS#
C-ITS (eng. cooperative intelligent transport systems) låter fordon och vägutrustning utbyta korta meddelanden direkt med varandra, utan mobilnät. Radion arbetar i bandet runt 5,9 GHz (ungefär 5 855–5 935 MHz, beroende på tillämpning) med tekniken ITS-G5, som är en variant av Wi-Fi (IEEE 802.11p, se OFDM). Räckvidden är några hundra meter. Ett alternativ som också diskuteras är C-V2X, som bygger på mobilteknik från 3GPP.
Systemet sänder tre typer av meddelanden (figur 3):
- CAM (eng. cooperative awareness message): fordonet berättar position, hastighet och riktning, 1–10 gånger per sekund beroende på hur det rör sig.
- DENM (eng. decentralized environmental notification message): varning för en händelse, till exempel ett stillastående fordon, halka eller vägarbete.
- SPaT och MAP: trafiksignalens fas och korsningens geometri, så att fordonet kan veta när det blir grönt.
Det som gör C-ITS användbart är att radion kan nå fordon som sensorerna inte ser, till exempel en bil bakom en byggnad eller en kurva. Tekniken har dock inte fått någon stor spridning, och bandets framtid har varit föremål för diskussioner mellan C-ITS och Wi-Fi. Kontrollera därför gällande harmonisering hos PTS.
Avgiftsbrickor på 5,8 GHz#
Vägtullar och betalsystem har länge använt DSRC (eng. dedicated short range communication) i bandet ca 5 795–5 815 MHz. En läsare över eller vid vägen sänder en bärvåg, och fordonets bricka (OBU) svarar genom att modulera den reflekterade signalen. Brickan behöver därför knappt något batteri. Datahastigheterna ligger på några hundra kbit/s, vilket räcker för identitet och betalning.2 Den korta räckvidden gör att läsaren bara hör brickan i den egna filen. Brickor på det sättet är vanliga i många länder, men avgiftssystemen i Sverige är olika utformade och ändras. Kontrollera därför hos respektive väg- eller broägare vad som gäller. Tillståndsfria radiosändare beskrivs i tillståndsfri radio.
Bilradar#
Bilens radar i 76–81 GHz mäter avstånd och hastighet till fordon framför och bredvid. Den används för adaptiv farthållare, nödbroms och dödavinkelvarning.3 Våglängden vid 77 GHz är mm, så antennerna kan göras små och sitta i stötfångaren.
Radarn är av typen FMCW (eng. frequency-modulated continuous wave, se radarteknik). I stället för korta pulser sänds en signal vars frekvens stiger jämnt, en chirp. Ekot kommer fördröjt och har därför en något lägre frekvens än den utsända signalen just då. Skillnaden, beatfrekvensen , är proportionell mot avståndet (figur 4):
där är chirpens lutning (Hz per sekund), är ekots fördröjning och avståndet.
Många bilar med radar på samma frekvenser kan störa varandra, och därför arbetar tillverkare med metoder för att undvika det. Radar i tillståndsfria band, som bilradar, ska uppfylla harmoniserade standarder (se radioutrustning och CE-märkning).
eCall#
Sedan 31 mars 2018 måste nya personbilar och lätta transportbilar som typgodkänns i EU ha eCall.4 Vid en allvarlig olycka ringer bilen automatiskt 112 med hjälp av mobilnätet, och föraren kan också trycka på en knapp. Samtalet kopplas till larmcentralen, som i Sverige är SOS Alarm (se nödfrekvenser och nödsändare).
Samtidigt som rösten kopplas upp skickar bilen en minsta datamängd (MSD, eng. minimum set of data) om högst 140 byte: tidpunkt, position från GNSS-mottagaren (se GNSS), färdriktning, fordonstyp och identitet, och om larmet kom automatiskt eller manuellt. Datan sänds i ljudkanalen, så att den inte behöver ett eget dataabonnemang. En nyare variant, NG eCall, sänder datan över paketdata.
Trafikinformation via radio#
Trafikinformation har länge nått bilen via FM-radion. RDS (eng. radio data system) lägger en liten digital signal, 1 187,5 bit/s, på en underbärvåg på 57 kHz ovanför stereosignalen (se analog rundradio). RDS bär stationsnamn, programtyp och flaggor som får bilradion att höja volymen eller byta källa när trafikinformation sänds.
Till RDS hör TMC (eng. traffic message channel), där en händelse beskrivs med koder för plats och händelse som radion översätter till klartext på valt språk. TMC har i många länder ersatts av TPEG (eng. transport protocol experts group), som kan sändas över DAB (se DAB+ och digital-tv) eller internet och bär mer information, till exempel hela vägsträckor och kartdata.5
Kontrollfrågor#
Vilka frekvensband använder GSM-R, och hur många bärvågor ryms?
876–880 MHz från tåget och 921–925 MHz till tåget. Fyra megahertz med 200 kHz avstånd ger 19 användbara bärvågor.
Vad är skillnaden mellan GSM-R och FRMCS?
GSM-R bygger på 2G (GSM) och är byggt för tal och korta data. FRMCS bygger på 5G och 3GPP:s MCX-tjänster, ger mer kapacitet och bredare data och testas bland annat i 1 900 MHz-bandet.
Beskriv hur ETCS nivå 2 använder radio.
Tåget läser en balis och vet sin position, rapporterar den till RBC över GSM-R, och får ett färdtillstånd tillbaka som anger hur långt och hur fort det får köra. Tågets dator bromsar om föraren inte följer det.
Vad är CAM och DENM i C-ITS?
CAM är ett regelbundet meddelande där fordonet anger position, hastighet och riktning. DENM är en händelsevarning, till exempel om ett stillastående fordon, halka eller vägarbete.
Räkna ut våglängden vid 77 GHz.
mm.
En FMCW-radar har lutningen 100 MHz/µs. Vilken beatfrekvens ger ett mål på 15 m?
ns. MHz.
Vad skickar bilen till larmcentralen vid ett eCall-samtal, förutom rösten?
En minsta datamängd (MSD) på högst 140 byte med bland annat tidpunkt, position, riktning, fordonstyp och identitet, och om larmet var automatiskt eller manuellt.
Varför ersätts RDS-TMC av TPEG på många håll?
TPEG bär mer information än TMC:s fasta koder, kan sändas över DAB eller internet och kan beskriva hela sträckor och ge kartdata.
-
Trafikverket, ”Introducing FRMCS in Sweden” (TR Fair 2025): GSM-R sedan år 2000 med ca 350 000 samtal i månaden, projektstart för FRMCS 2023, FRMCS i 1 900 MHz TDD testas bland annat i Norralatunneln, 5G och MCx, migrering ungefär 2028–2033 men oklar. ↩↩
-
ETSI EN 300 674 beskriver DSRC-sändare i 5,8 GHz-bandet. Hastigheterna är i storleksordningen 250–500 kbit/s. ↩
-
ITU-R M.2057 beskriver systemegenskaper för bilradar i 76–81 GHz. ↩
-
Förordning (EU) 2015/758 om typgodkännande med krav på 112-baserat eCall-system. Kravet gäller nya typer av personbilar och lätta transportbilar från 31 mars 2018. ↩
-
IEC 62106 (RDS, inklusive TMC) och ISO/TS 21219 (TPEG2). ↩