Lepší internet na železnici

Online pripojenie už považujeme za štandard. Využívame ho na prácu i zábavu. Zvykli sme si, že ho máme k dispozícii aj na cestách. Vo vlaku však dnes často chýba. Siemens prichádza s elegantne jednoduchou technológiou, ktorá to môže zmeniť.

Podobnú situáciu asi poznáte. Sedíte vo vlaku, potrebujete si vybaviť dôležité pracovné e-maily, nájsť nadväzujúci prípoj alebo si len tak krátiť cestu, prečítať správy či posledné príspevky priateľov. Inak spoľahlivé mobilné pripojenie vás však sklame.

Cestujúci v klietke
Podľa prieskumu v nemeckých rýchlovlakoch uspejete pri načítaní webovej stránky len v 41 až 65 percentách prípadov. Také spojenie nie je žiadna radosť využívať, ale viniť z toho nemožno mobilných operátorov. Ak si premietnete trasy železničných koridorov na do máp operátorov, zistíte, že aj na Slovensku je absolútna väčšina tratí dnes solídne pokrytá signálom. Tak v čom je problém? Vinníkom je samotný vlak, respektíve konštrukcia jeho vozňov a jej fyzikálne dôsledky. Vo vlaku totiž sedíme vo Faradayovej klietke. A platí, že čím je súprava modernejšia, tým je klietka dokonalejšia. Cestujúceho obklopujú tony kovu tvoriace skriňu vagóna.

Veľkou prekážkou sú aj okná. Sklá koľajových vozidiel sú spravidla tónované dosiva pokovovaním, aby chránili pred priveľmi intenzívnym slnkom. Táto úprava však okrem slnečného a tepelného žiarenia odráža aj elektromagnetické vlny vrátane mobilného signálu. Výsledok je, že železničný vozeň utlmuje signál výrazne viac ako napríklad bežný automobil. Práve to môže na miestach so slabým signálom znemožniť úsilie niekam sa dovolať alebo stiahnuť dáta.

Nové riešenie pre sklá vo vlakoch vyvinuli vo viedenskom vývojovom centre Siemensu.

Vplyv na pripojenie majú navyše aj ďalšie faktory, ako sú terénne zárezy a tunely na trati, koncentrácia používateľov na malom priestore, ktorá vedie k lokálnemu preťaženiu siete, alebo vysoká rýchlosť, keď si základňové stanice siete nestíhajú odovzdávať účastníkov.

Kadiaľ z toho von
Najčastejším riešením problému je inštalácia hotspotov bezdrôtových sietí vnútri vozidiel. To sa však spája s investičnými i prevádzkovými nákladmi a dodatočnými nárokmi na údržbu. Dopravca okrem toho priebežne platí za mobilné dáta a berie morálnu zodpovednosť za prípadné prevádzkové problémy. Aj tam, kde pripojenie vypadne pre biele miesto na mape operátora.

Druhou možnosťou je inštalácia takzvaných repeaterov, teda zosilňovačov mobilného signálu. Táto technológia okrem dát dokáže poskytnúť aj kvalitné telefonovanie. Naopak, nevýhodou je, že dopravcovi vlastne neprináša žiadne výrazné benefity pre cestujúcich. Otázky vznikajú aj pri financovaní – kto má zosilňovače vlastne platiť a kto zodpovedá za ich prevádzku? Kto bude financovať nutnú aktualizáciu technológií po nástupe 5G sietí a ďalších? Dopravcovia ani operátori sa k tomu priveľmi nehlásia a je to celkom pochopiteľné. Technickým problémom repeaterov je navyše existencia dvoch fázovo posunutých signálov vnútri vozidla. Tento jav vzniká miernym oneskorením signálu šíreného zosilňovačom oproti signálu vysielanému základňovou stanicou siete. Najciteľnejšie problémy to spôsobuje, paradoxne, na miestach so silným vonkajším pokrytím.

Lepší internet budú mať cestujúci na železnici vďaka nápadu trojice expertov Siemensu (zľava) Mehrdadovi Madjdiovi, Lukasovi W. Mayerovi a Andreasovi Demmerovi. Trojica získala v roku 2018 firemné ocenenie Vynikajúci vynález.

Elegantné riešenie
S tretím riešením, zároveň elegantne jednoduchým, prišiel nedávno Siemens. Ak je problémom Faradayova klietka, skúsme ju narušiť.

V Siemense vyvinuli nový povrch okien, ktorý umožňuje až päťstonásobne lepší prechod elektromagnetických vĺn ako konvenčné sklá s pokovovaným povrchom. Vďaka tomu môžu cestujúci väčšinu svojej cesty nerušene surfovať a telefonovať bez potreby investícií do aktívnych technológií na palube vlaku. V čom spočíva čaro novej technológie?

Experti vo viedenskom vývojovom centre Siemensu do tenkej vrstvy pokovovania na povrchu skla vypálili laserom jemný raster. Ten prerušuje elektricky vodivú vrstvu a narušuje efekt Faradayovej klietky. Raster je však zároveň natoľko jemný, že prakticky neznižuje schopnosť skla chrániť cestujúcich pred nadmerným slnečným svitom. „Vo vysokorýchlostných vlakoch naše riešenie umožňuje preniesť dovnútra vozňa mobilný signál v pracovných kmitočtových pásmach najmenej päťdesiatkrát silnejšie ako pri použití bežných pokovovaných skiel,“ vysvetľuje Lukas W. Mayer, ktorý vývojový projekt v Siemens Corporate Technology viedol. „Nové sklá umožňujú prechod všetkých frekvencií užitočných pre mobilnú komunikáciu. Aj budúce mobilné štandardy ako 5G budú vo vlaku k dispozícii bez ďalších investícií.“

Sklá možno využívať desiatky rokov bez špeciálnej údržby, ľahko sa inštalujú a na rozdiel od aktívnych prvkov nepotrebujú elektrické napájanie. Kedykoľvek nimi môžu byť vybavené aj súčasné vagóny.

Jemný raster prerušuje elektricky vodivú vrstvu a ruší efekt Faradayovej klietky.

Prvý raz pri Rýne
Skúšky v štandardnej prevádzke potvrdili, že vzorkovaná štruktúra povrchu skla je voľným okom takmer neviditeľná – cestujúci nespozorovali žiadne zhoršenie priehľadnosti skiel. Preukázala sa aj účinnosť ochrany interiéru vozňa pred tepelným žiarením slnka, nižšia energetická náročnosť klimatizácie aj zlepšenie priestupnosti mobilného signálu.

Prvými sériovo vyrábanými vozidlami vybavenými novými oknami je sedem nových regionálnych elektrických jednotiek Desiro HC, ktoré budú vo farbách dopravcu Rhein-Ruhr Express obsluhovať rýnsko-ruhrský región. Do pravidelnej prevádzky s cestujúcimi vyrazil koncom roka 2018.

Foto: Siemens