Im Erzgebirge etabliert sich eines der größten 5G-Testfelder für den Schienenverkehrr Europas. Im Zuge der Sektorinitiative „Digitale Schiene Deutschland“ werden hier verschiedene Forschungs- und Entwicklungsvorhaben umgesetzt, unter anderem für das EU-Projekt „5G RAIL“ und das deutsch-französische Innovationsprojekt „5G-RACOM“.
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Im Rahmen der Sektorinitiative „Digitale Schiene Deutschland“ strebt die DB Netz AG eine grundlegende Modernisierung und Digitalisierung der bahnbetrieblichen Infrastruktur an. Im Zuge dieser Aktivitäten soll eine Ausstattung des deutschen Streckennetzes mit dem European Train Control System (ETCS), dem integrierten Leit- und Bediensystem (iLBS) sowie mit Digitalen Stellwerken (DSTW) realisiert werden. Darüber hinaus sollen Zukunftstechnologien wie z. B. hoch- und vollautomatisiertes Fahren (ATO), Echtzeitortung, sensorbasierte Umfeldwahrnehmung sowie ein KI-basiertes Verkehrsmanagement im System Bahn Einzug halten.
Die Digitalisierung wird dabei als Schlüssel für die Verbesserung des Schienenverkehrs betrachtet, der auf verschiedenen Ebenen wirkt:
Neue IT- und Konnektivitätsplattformen gelten daher als wichtige Fundamente für die Digitalisierung im System Bahn. Sie ermöglichen eine hochleistungsfähige und drahtlose Echtzeitkommunikation zwischen Zügen und Infrastruktur. Der bestehende auf 2G beruhende Bahnfunk GSM-R (Global System for Mobile Communications – Railway) wird den hohen Anforderungen der digitalen Anwendungen hinsichtlich Bandbreiten und Latenzzeiten nicht mehr gerecht. 5G wird die Grundlage für ein effizientes und flexibles Future Railway Mobile Communication System (FRMCS) bilden – dem Nachfolger des aktuellen Zugfunkstandards GSM-R. FRMCS wird mit einer höheren unterstützten Datenrate und reduzierten Latenzzeiten eine leistungsstarke und störungsfreie Konnektivität für eine Vielzahl von digitalen Anwendungen schaffen.
Bild: Digitale Schiene Deutschland | DB Netz AG
Um für das künftige FRMCS-System verschiedene, auf 5G basierende Funkzugriffs- und Netzwerktechnologien zu erproben, hat die Digitale Schiene Deutschland zusammen mit der DB RegioNetz Erzgebirgsbahn im Erzgebirge eines der größten 5G-Testfelder für den Schienenverkehr Europas aufgebaut. Das sogenannte „Digitale Testfeld Bahn“ der DB erstreckt sich über eine 24km lange Strecke zwischen den Städten Schwarzenberg und Annaberg-Buchholz. Die DB Netz AG setzt hier mehrere Forschungs- und Entwicklungsvorhaben um, unter anderem das EU Horizon-2020 Projekt „5GRAIL“ und das deutsch-französische Innovationsprojekt „5G-RACOM“.
Bild: Digitale Schiene Deutschland | DB Netz AG
Im Projekt 5GRAIL („5G for future Railway mobile communication system“) arbeiten 18 europäische Partner bis Ende 2023 gemeinsam an der Validierung der ersten FRMCS Spezifikationen, genannt FRMCS v1, an Prototypen für die 5G Telecom On-Board Architektur (TOBA) und an Aspekten einer 5G Netzwerkarchitektur für den grenzübergreifenden Zugfunk (Cross-Border Communication).
Im Testfeld im Erzgebirge werden zu den genannten Forschungsgegenständen umfangreiche Feldversuche durchgeführt. Insbesondere werden die 5G/FRMCS Ende-zu-Ende Übertragungen der bahnbetrieblichen Applikationen des Sprachfunks, von ETCS-Datenprotokollen und von betriebsrelevanten Videosequenzen getestet. Die Ergebnisse der Feldversuche werden die weiteren FRMCS Spezifikationsversionen maßgeblich beeinflussen.
Bild: Digitale Schiene Deutschland | DB Netz AG
Im Projekt 5G-RACOM („5G for Resilient and Green RAil COMmunications“) arbeiten zehn deutsche und französische Partner bis Ende 2025 an einer effizienten Nutzung des FRMCS-Frequenzspektrums und einem resilienten, zuverlässigen Systemdesign für die Zugfunkinfrastruktur basierend auf 5G. Neben der DB Netz AG ist auch die Technische Universität Chemnitz aus Sachsen Partner des Projekts, welches durch das BMWK (Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz) gefördert wird. Ein Schwerpunkt der Erprobung im Erzgebirge ist die Realisierung einer hybriden FRMCS-Netzwerkarchitektur. Hierbei werden bahnbetriebliche Applikationen in bestimmten Situationen nicht nur über das betriebseigene, private FRMCS Netzwerk der Bahninfrastrukturmanager übertragen, sondern zusätzlich über das 5G Netzwerk von öffentlichen Mobilfunkanbietern. Dies kann bei zeitweisen Kapazitätsengpässen oder als Rückfallebene sinnvoll sein. 5G-RACOM analysiert die für die nahtlosen Netzübergänge in hybriden FRMCS-Netzwerken notwendigen 5G Multipath-Lösungen und strebt den Aufbau einer Demonstrationsumgebung im Digitalen Testfeld Bahn an.
Auch neben dem Streckenabschnitt der Digitalen Schiene Deutschland entsteht entlang der Strecke von Annaberg-Buchholz nach Schwarzenberg unter Verantwortung der Technischen Universität Chemnitz sowie des Smart Rail Connectivity Campus (SRCC) eine vom BMDV geförderte, leistungsfähige 5G-Forschungsinfrastruktur, die 2023 fertiggestellt werden soll. Diese versorgt die gesamte Strecke mit 5G-Frequenzen, um Forschungsarbeiten mit hohen Anforderungen in Bezug auf die Übertragung sicherheitskritischer Daten durchzuführen. Neben einer Grundversorgung der gesamten Strecke im MHz-Spektrum werden auch ausgewählte Abschnitte mit breitbandigem GHz-Spektrum ausgestattet. Im Bereich des Bahnhofs Annaberg-Buchholz Unterer Bahnhof und damit im Bereich des Campusgebäudes, des zukünftig angedachten Gründerzentrums, der geplanten Forschungshalle und des Bahnhofsumfelds wird das 5G-Netz besondere Forschungszugänge erhalten. Die Teststrecke verläuft überwiegend parallel zur Bundesstraße 101, so dass die potenziellen Forschungsaktivitäten im Bereich der Automatisierung und Digitalisierung nicht nur auf den Schienenverkehr begrenzt sein werden. Möglich ist auch die Untersuchung einer verkehrsträgerübergreifenden Vernetzung von Mobilitätsleistungen und damit die Erarbeitung ganzheitlicher Mobilitätsansätze.
Im Rahmen der vom Smart Rail Connectivity Campus aller zwei Jahre organisierten Digital Rail Convention (DRC) besteht unter anderem die Möglichkeit das von der DB RegioNetz Erzgebirgsbahn betriebene Digitale Testfeld Bahn im Erzgebirge zu besuchen. Vom 20. – 22.09.2023 findet die diesjährige DRC zu den Themenschwerpunkten 5G und FRMCS, digitale Leit- und Sicherungstechnik sowie alternative Antriebtechnologie statt. Neben einem umfassenden Conference Day am 20.09.2023 wird am Donnerstag, dem 21.09.2023, ein Demo Day veranstaltet, an dem für Fachpublikum Pendelfahrten zum Digitalen Testfeld sowie weitere spannende Programmpunkte, wie Demonstrationen und Ausstellerstände angeboten werden. Am Freitag, dem 22.09.2023 wird dieses Angebot ausgeweitet auf die breite Öffentlichkeit.
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Bernd Holfeld
Digitale Schiene Deutschland / DB Netz AG
Senior Experte 5G
Sören Claus
Smart Rail Connectivity Campus e.V.
Mitglied des Vorstands des SRCC e.V. und Geschäftsführer SRCC gGmbH
Madeleine Unger
Smart Rail Connectivity Campus e.V.
Projektmanagement
Julia Döring
Smart Rail Connectivity Campus e.V.
Projektmanagement
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👉 Digitale Schiene Deutschland
👉 Smart Rai Connectivity Campus
👉 5GRAIL
👉 5GRACOM
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Der Bahnsektor in Europa steht vor einem Technologiesprung in die digitale Zukunft. Innerhalb der Sektorinitiative „Digitale Schiene Deutschland“ arbeitet die DB Netz AG daran, diese Chance zu nutzen und Zukunftstechnologien in das System Bahn zu bringen.
Das Fundament dafür wird mit der grundlegenden Modernisierung der Infrastruktur durch die Einführung des Europäischen Zugbeeinflussungssystems (ETCS) und digitaler Stellwerke (DSTW) sowie dem hochautomatisierten Fahren gemäß Grade of Automation 2 (GoA2) gelegt. Darüber hinaus arbeitet die Digitale Schiene Deutschland an einer weitreichenden Digitalisierung des Bahnsystems. Zahlreiche digitale Technologien wie etwa vollautomatisiertes Fahren, ein 5G-basiertes zukünftiges Bahnfunknetz (Future Railway Mobile Communication System), sensorbasierte Umfeldwahrnehmung, Echtzeitordnung oder KI im Kapazitäts- und Verkehrsmanagement werden erprobt und für den Einsatz im System Bahn weiterentwickelt.
Insgesamt wird dadurch eine signifikante Verbesserung von Kapazität, Pünktlichkeit und Effizienz des Bahnsystems erreicht, allesamt Voraussetzungen für mehr Verkehr auf der Schiene und eine Stärkung der Bahn als dem klimafreundlichen Verkehrsträger der Zukunft.
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Im Vorhaben Smart Rail Connectivity Campus (SRCC) soll am Standort Annaberg-Buchholz dauerhaft eine global sichtbare Forschungs- und Entwicklungseinrichtung etabliert werden, an der in Kooperation zwischen der TU Chemnitz, der Stadt Annaberg-Buchholz und vielen weiteren Netzwerkpartnern Forschungs-, Entwicklungs- und Innovationsarbeiten zur digitalisierten, vernetzten, automatisierten und nachhaltigen, d. h. ökonomisch, ökologisch und sozial effektiven und effizienten, Mobilität geleistet werden. Durch die Vernetzung mit regionalen Partnern, aber auch überregionalen Unternehmen und Forschungseinrichtungen entstehen eine interdisziplinäre Zusammenarbeit und eine leistungsfähige Plattform für Innovationen. Damit soll der Forschungscampus als Keimzelle für einen erfolgreichen Strukturwandel in der Region Chemnitz-Erzgebirge dienen und regionale Potenziale in einem zukunftsträchtigen Wertschöpfungssegment heben.
