5G-RACOM - 5G for resilient and green rail communications

Abstract

The Franco-German 5G-RACOM innovation project was successfully completed at the end of 2025 after approximately three years. It has provided insights that will make the Future Railway Mobile Communication System (FRMCS) more resilient and allow the efficient, robust and sustainable use of its frequency spectrum. As the successor to Global System for Mobile Communication-Railway (GSM-R), FRMCS will ensure high-performance, real-time train-to-ground communication based on 5G, thereby enabling railway digitalisation. The German project partners have examined hybrid FRMCS networks, where public mobile connectivity utilises the capabilities of the MP-TCP and MP-QUIC multipath protocols to complement the railway radio system. 5G-RACOM has proven the end-to-end feasibility of multipath functionality (MPF) for FRMCS in a realistic hybrid FRMCS setup. The project has been able to verify steering and switching as the primary operating capabilities and validated the aggregation and splitting. All the key FRMCS multipath use cases were exercised with a strong focus on fallback and capacity enhancement. The report summarizes the findings and results of the multipath protocol assessment from trials in a real field environment. Overall, it could be verified that multipath technology has reached an advanced level of maturity and is close to being ready for FRMCS deployments, thereby enhancing the resilience, session and connection continuity and availability of the FRMCS networks and as such improving overall operating efficiency. Cross-vendor interoperability with MP-QUIC has been achieved between the Funkwerk MPF client gateway and the Kontron MPF server gateway implementation. This was the world-wide first cross-vendor MP-QUIC setup demonstrated for FRMCS in the field. 5G-RACOM wurde im Rahmen der zweiten Phase des deutsch-französischen Förderprogramms „Technische Entwicklung und Anwendungssysteme für private 5G-Netze“ durch das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) sowie das französische Ministère de l’Économie, des Finances et de la Souveraineté industrielle et numérique (MEFSIN) gefördert. Ziel des Programms war es französische und deutsche 5G-Lösungen für die Industrie zu entwi- ckeln und die Einsatzmöglichkeiten von 5G-Campusnetzen und privaten 5G-Netzen in Industrieunternehmen aufzuzeigen, insbesondere im Hinblick auf Lösungen die das gesamte Telekommunikationsnetz (RAN, Core, Geräte) umfassen und darüber hinaus die benötigten Dienste (Integration, Datenmanagement und Sicherheit). Der Schwerpunkt von 5G-RACOM im Rahmen der geförderten Innovationsprojekte lag auf dem resilienten und nachhaltigen Betrieb des künftigen FRMCS-Bahnfunksystems auf Basis von 5G-Technologien. FRMCS wird perspektivisch den aktuellen Standard GSM-R als privates, durch die Eisenbahninfrastrukturunternehmen (bspw. DB InfraGO) betriebenes, Zugfunksystem ablösen und eine hochleistungsfähige und drahtlose Echtzeitkommunikation zwischen Zügen und Infra- struktur sicherstellen. Die Europäische Kommission hat den Infrastrukturbetreibern des Eisenbahnsektors für FRMCS ein eigenes Frequenzspektrum von 2x 5,6 MHz Bandbreite im gepaarten FDD-Spektrum bei 900 MHz (Band n100) und darüber hinaus zusätzliche 10 MHz Bandbreite im 1900 MHz TDD-Spektrum (Band n101) bereitgestellt. Die zusätzliche Bandbreite ist eine wichtige Voraussetzung für die weitere Digitalisierung und Automatisierung des Bahnbetriebs. 5G-RACOM untersuchte Lösungen für die effiziente, zuverlässige und nachhaltige Nutzung des künftigen Bahnfunksystems FRMCS (Future Railway Mobile Communication System) und des damit verbundenen Frequenzspektrums. Dabei widmete sich ein Teil der Arbeiten dem Thema hybrider FRMCS Netzwerke, bei dem das private FRMCS-Netz durch Nutzung öffentlichen Mobilfunks ergänzt wird – bspw. um spezielle Anwendungsfälle des Eisenbahnbetriebs besser abzudecken. Die erarbeiteten und demonstrierten Lösungen zur parallelen Nutzung von FRMCS und öffentlichen Mobilfunkbetreibern durch sog. Multipath-Protokolle stellen einen großen Meilenstein sowohl für die Realisierung im Bahnbetrieb als auch für weitere Industriesektoren dar. 5G-RACOM konnte eine gesamthafte Ende-zu-Ende Übertragungskette für diese Technologie aus On-Board und Infrastruktur-Elementen testen sowie das Senden von Sprach- und Datenpaketen über FRMCS Multipath validieren. Damit wurde das förderpolitische Ziel der Feature-Entwicklung für eine 5G-basierte Telekommunikationslösung über alle relevanten Netzkomponenten hinweg erreicht.