GSM-R

Le GSM-R (Global System for Mobile communications - Railways) est un standard de communication sans fil basé sur le GSM, et développé spécifiquement pour les applications et les communications ferroviaires.

Il permet aux trains de communiquer avec les postes de régulation du trafic ferroviaire, aux agents de conduite, de circulation et de maintenance de communiquer entre eux en mode conférence (appels de groupe), et il autorise le support d'applications de type données comme l'ETCS.

Les normes EIRENE - MORANE spécifient une utilisation fonctionnelle et sans coupure de communication en GSM-R jusqu'à une vitesse de déplacement du train de 500 km/h.

Le GSM-R est un complément, dans la plupart des pays où il est mis en service, des systèmes analogiques de liaison entre les postes de régulation et les trains, par exemple en France la radio sol-train.

Le standard GSM-R a été développé dans le cadre de la mission que s'est donnée l'Union internationale des chemins de fer (UIC). Son but initial était la standardisation et l’amélioration des conditions de construction et d’exploitation des chemins de fer, particulièrement en matière de trafic international. Afin de développer ce standard le projet EIRENE a été mis en place en 1993 par l'UIC. C'est au sein de ce projet que les spécifications auxquelles le réseau GSM-R doit satisfaire ont été développées.

Le GSM-R, qui est construit à partir de la technologie GSM, bénéficie des économies découlant de cet héritage. Il autorise une mutation numérique à un coût compétitif, permettant le remplacement de tous les systèmes de communication filaire (le long de la voie) et des réseaux radio ferroviaires analogiques existant dans chaque pays qui sont incompatibles entre eux : on comptabilise en effet plus de 35 systèmes de communication ferroviaire différents, rien qu'en Europe…

Le GSM-R est une plateforme sécurisée pour les communications de voix et de données, entre les différents membres des équipes ferroviaires : conducteurs, régulateurs, membres de l'équipe de manœuvre, personnels à bord du train, chefs de gare. Il apporte des dispositifs tels que les appels de groupes (VGCS), les annonces ou appels diffusés (VBS), les appels localisés, et la préemption des appels en cas d'urgence. Il pourra supporter des applications telles que le suivi des marchandises, la vidéo-surveillance dans les trains et dans les gares, ainsi que les services d'informations des usagers.

Ce standard qui est le résultat de plus de dix ans de collaboration entre les nombreuses compagnies ferroviaires Européennes, finalise l'interopérabilité par l'utilisation d'une plateforme de communication unique. Le GSM-R permet dans les cas de l'ETCS de niveau 2 et 3 (voir ERTMS), de transporter des informations de signalisation ferroviaire directement jusqu'au conducteur, facilitant ainsi une vitesse de circulation du train plus élevée ainsi qu'un trafic plus dense, tout en maintenant un haut niveau de sécurité.

Les spécifications finalisées en 2000, sont basées sur le projet européen MORANE (Mobile Radio for Railways Networks in Europe). Les spécifications sont maintenues par le projet ERTMS de l'UIC.

Le GSM-R a été choisi par 38 pays à travers le monde, incluant tous les états membres de l'Union européenne, ainsi que des pays d'Asie, d'Eurasie et d'Afrique du Nord.

Le GSM-R utilise en général des tours relais (Base Transceiver Station, ou BTS) dédiées, proches de la voie ferrée. La distance entre deux BTS est de trois à quatre km. Cette proximité crée un haut degré de redondance et une plus grande couverture et fiabilité. Le train maintient en permanence une connexion numérique par modem vers le centre de régulation des trains. Cette connexion a un niveau de priorité supérieur aux autres utilisateurs (eMLPP). Si la connexion du modem est perdue, le train s'arrête automatiquement. En Allemagne, en Italie et en France, le réseau GSM-R compte entre 3000 et 4000 BTS.

En Europe, le GSM-R utilise la bande de fréquence dédiée suivante :

    •    876 MHz - 880 MHz : pour l'émission de données (uplink)

    •    921 MHz - 925 MHz : pour la réception de données (downlink)

L'espacement en fréquence entre deux canaux physiques est de 200 kHz.

La modulation est de type GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying).

Le GSM-R est également un système TDMA ("Time-Division Multiple Access"), c'est-à-dire un système de multiplexage temporel où la transmission des données est organisée pour chaque porteuse (ou canaux physiques) par Trame TDMA périodiques (période de 4,615 ms).

Chaque Trame TDMA est découpée en 8 intervalles de temps ("Time Slots") également appelés canaux logiques (d'une durée de 577 µs chacun), composés de 148 bits d'information.

Le GSM-R utilise une extension inférieure des fréquences du GSM 900 MHz (bande 890 MHz - 915 MHz pour l'émission et bande 935 MHz - 960 MHz pour la réception). En Chine, le GSM-R utilise une plage de 4 MHz de la bande E-GSM (GSM 900Mhz).

Tout comme les équipements de téléphonie GSM, les équipements GSM-R permettent de transmettre des données et également de la voix. Les fonctionnalités nouvelles apportées par le GSM-R en matière de communication mobile, s'appuient sur les normes GSM, et sont décrites par les normes du projet EIRENE. On trouve notamment pour les appels :

    •    l'appel point-à-point (PtP Call : Point-to-Point Call), appel identique à ceux d'un GSM normal

    •    l'appel de groupe (VGCS : Voice Group Call System), sorte de communication semblable à l'alternat en Radiotéléphonie

    •    l'appel de diffusion (VBS : Voice Broadcast System), où il n'y a qu'une seule personne qui peut parler (les autres écoutent seulement)

    •    l'appel d'urgence (REC : Railways Emergency Call), qui est une sorte d'appel de groupe dédié à une urgence

    •    une gestion des différents types appels (PtP, VGCS, VBS et REC) par priorité

On trouve également les fonctionnalités suivantes :

    •    l'adressage fonctionnel (Fonctional Adressing), système d'alias qui permet d'enregistrer auprès du réseau GSM-R le numéro d'un téléphone en tant qu'une fonction temporaire occupée par son utilisateur (conducteur, contrôleur d'un train particulier…)

    •    un mode de fonctionnement spécifique aux manœuvres (Shunting), c'est-à-dire le travail sur les voies à l'élaboration où le stockage d'un convoi ferroviaire.