Liikenteen automaation radiojärjestelmät ja tietoliikenneyhteydet

Kun liikenne automatisoituu, liikennemuotojen omia radiojärjestelmiä täydentävät nopeasti kehittyvät palvelut, jotka hyödyntävät matkaviestinverkkoja ja satelliittiteknologiaa. Matkaviestinyhteyksiä on tärkeä kehittää tukemaan niin tie- ja raideliikenteen digitalisaatiota ja automatisaatiota kuin miehittämätöntä ilmailua sekä rannikko-, saaristo- ja sisävesiliikennettä.

Nykyiset liikenteen radiojärjestelmät

Liikenteen langattomat viestintäjärjestelmät ovat puheen ja tiedon siirtoon sekä navigointiin ja paikannukseen tarkoitettuja radiojärjestelmiä. Merenkulun ja ilmailun radiojärjestelmät ovat maailmanlaajuisesti sovittuja ja ne hyödyntävät sekä maanpäällisiä verkkoja että satelliittiteknologiaa. Suomessa rautateiden puheviestintäyhteyksiin käytetään nykyään viranomaisverkko VIRVEä. Muulla Euroopassa käytetään edelleen rautateiden GSM-R-verkkoa, josta Suomessa on luovuttu. Tieliikenteen palveluja käytetään laajasti matkaviestinverkkojen avulla jonka lisäksi Euroopassa suunnitellaan älyliikenteelle varatulle omalle ITS-taajuusalueelle (Intelligent Transport System) palveluita. Liikenteen automatisoituessa liikennemuotojen omia radiojärjestelmiä täydentävät tulevaisuudessa nopeasti kehittyvät matkaviestinverkkoja ja satelliittiteknologiaa hyödyntävät palvelut.

Taajuuksien ja radiolaitteiden käyttö

Taajuuksien ja radiolaitteiden käyttöön liittyy kansainvälinen ja kansallinen taajuussuunnittelu, radiohäiriöiden selvittäminen ja poistaminen sekä radiolaitteiden markkinavalvonta. Taajuuksien ja radiolaitteiden käytöstä sovitaan maailmanlaajuisesti YK:n alaisessa Maailman televiestintäliitto ITUssa, EU:ssa sekä Euroopan posti- ja televiestintäliitossa CEPTissä. Kansallisesti näistä säädetään pari kertaa vuodessa päivitettävissä kansallisissa määräyksissä taajuuksien ja radiolaitteiden käytöstä. Tämä sääntely myös vapauttaa radioluvista yli 95 % Suomessa käytettävistä radiolaitteista.

Suurin osa merenkulun ja ilmailun radiojärjestelmistä tarvitsee radioluvan. Näitä lupia myöntää Suomessa Traficom. Merenkulun radiolaitteiden käyttö puolestaan edellyttää usein myös pätevyystodistuksen.

Veneilijän tärkein yhteydenpitoväline merellä on meri-VHF-radiopuhelin. Laitteen merkitys korostuu erityisesti turvallisuuteen liittyvissä tilanteissa. Meri-VHF-radiopuhelin mahdollistaa suoran radioyhteyden veneen ja meripelastuskeskuksen tai veneiden välillä silloinkin, kun matkapuhelinverkossa ei ole kuuluvuutta. Muita luvanvaraisia aluksen radiolaitteita ovat esimerkiksi EPIRB-hätälähetin, AIS-sijaintitietolähetin, Inmarsat-satelliittilähetin, merenkulkututka sekä erilaiset radiopuhelimet ja henkilökohtaiset paikannuslähettimet.

Ilmailutoiminnassa käytetään erilaisia radiojärjestelmiä puheviestintään lennonjohdon, ilma-aluksen, lentoyhtiön ja harrastusilmailun toimijoiden välillä. Myös navigointi- ja laskeutumisjärjestelmät ovat osa ilmailutoiminnan radiojärjestelmiä. Näiden radiolähettimien käyttö ja hallussapito on luvanvaraista.

Matkaviestinverkkojen merkitys liikenteelle kasvaa datamäärien kasvaessa

Valtioneuvosto on asettanut peittovelvoitteita 2G- ja 4G-taajuuksille myös liikenteessä liikkujia ajatellen. Toimilupien mukaan verkko on rakennettava siten, että se kattaa kaikki Manner-Suomen valtatiet, kantatiet, seututiet ja yhdystiet sekä koko Suomen valtion tai sen yhtiön omistaman rataverkon. Nykyiset peittovelvoitteet eivät takaa nopeita yhteyksiä teille ja rautateille, mutta ne varmistavat peruspeiton ulkotiloissa.

Nykyisiä 4G- ja 5G-verkkoja ei ole rakennettu ja optimoitu kattamaan vesialueita tai käytettäväksi ilmasta käsin. Tästä huolimatta matkaviestinverkot ovat paikoin hyvin saatavilla sisävesillä, rannikolla ja saaristossa sekä matalassa ilmatilassa. Suuremmille aluksille on rakennettu omia yhteyksiä, jotka perustuvat aluksessa tai ilma-aluksessa sijaitseviin WLAN-tukiasemiin, matkaviestinverkon toistimiin tai tukiasemiin. Matkaviestinverkkojen tukiasemien ja toistimien käyttö on tarkasti säänneltyä ja niiden käyttö edellyttää lähes aina Traficomin myöntämän radioluvan.

Erityisesti miehittämättömän ilmailun näköyhteyden ulkopuolelle tapahtuvat lennot tarvitsevat tulevaisuudessa tuekseen tarkoituksenmukaiset 4G-/5G-matkaviestinverkkoon pohjautuvat yhteydet. Koska nykyisiä matkaviestinverkkoja ei ole rakennettu käytettäväksi ilmasta käsin, laajamittainen käyttö ilmassa voi aiheuttaa häiriöitä verkoille. Näiden radioluvasta vapaan käytön edistämiseksi on kuitenkin toteutettu määräaikainen kokeilu. Sen mukaan tiettyjen viranomaistehtävien tai yhteiskunnan huoltovarmuuden kannalta välttämätön matkaviestinverkon päätelaitteiden käyttö ilma-aluksessa on sallittua luvasta vapaasti. Kokeilun perusteella Traficom valmistelee tälle käytölle pysyvää luvasta vapautusta. Mikäli toiminta ei ole viranomais- tai huoltovarmuustehtävä, toimintaan voi matkaviestinoperaattorin suostumuksella hakea Traficomilta radioluvan, joka mahdollistaa matkaviestinverkon päätelaitteen ilma-aluskäytön. Suomi osallistuu aktiivisesti CEPTin taajuustyöhön, jossa pyritään löytämään yhteiseurooppalaisia ratkaisuja radioluvasta vapaalle käytölle ilma-aluksissa. Tämä työ edellyttää edelleen uudentyyppisten päätelaitteiden ja niihin suunniteltujen liittymien kehittämistä, jolloin kiinteästi ilma-aluksiin asennettu matkaviestinpäätelaite voisi toimia luvasta vapaasti. Lisäksi Maailman televiestintäliitto ITUssa etsimme globaalisti uusia taajuuksia viranomaisten drone-käyttöön.

Liikenteen sovellukset tarvitsevat erilaista palvelua kuin nettisurffailu

Matkaviestinyhteyksien kehittyminen on tärkeää paitsi tie- ja raideliikenteen digitalisaatiolle ja automatisaatiolle myös miehittämättömälle ilmailulle sekä rannikko-, saaristo- ja sisävesiliikenteelle. Erilaiset tulevaisuuden liikenteen sovellukset tarvitsevat erilaisia viestintäpalveluita. Joihinkin käyttötarpeisiin yhteyden mahdollisimman suuri nopeus ei ole tärkein kriteeri, vaan tärkeämpää on, että palvelu on saatavilla kattavasti koko maassa ja myös ilmassa. Toisille sovelluksille tasalaatuisuus ja erittäin pieni viive voivat olla kriittisiä ominaisuuksia. Vastaavasti sellaisille sovelluksille, jotka lähettävät paljon reaaliaikaista videokuvaa väylältä tai ajoneuvoista verkkoon, tiedonsiirtoverkkojen lähetysnopeudet muodostuvat haasteeksi. Tämä johtuu siitä, että matkaviestinverkoissa on varattu yleensä selvästi vähemmän kapasiteettia lähtevään kuin käyttäjälle päin suuntautuvaan tiedonsiirtoon.

Tulevaisuuden rautateiden viestintäjärjestelmä Suomessa perustuu 5G-teknologiaan Future Railway Mobile Communication Systems (FRMCS) määritelmän mukaisesti. Tämän kansallista toteutusta valmistellaan Digirata-hankkeessa. Tarkoituksena on, että järjestelmä toteuttaa matkaviestinyhteyksillä myös eurooppalaisen rautatieliikenteen ohjausjärjestelmän (European Rail Traffic Management System, ERTMS) vaatimukset. Junamatkustajien nettiyhteyksiä pyritään myös parantaa yhdessä liikenne- ja viestintäministeriön, VR:n ja teleoperaattoreiden kanssa. Haasteena rautateiden kattamisessa matkaviestinverkoilla on, että junassa on paljon käyttäjiä ja se kulkee suurella nopeudella asumattomienkin alueiden läpi. Tulevaisuudessa on mahdollista, että satelliittiyhteydet mahdollistavat riittävän tiedonsiirron myös siellä, missä matkaviestinverkkoja ei ole taloudellisesti kannattavaa tai muuten mahdollista rakentaa.

5G-verkkoja kehitetään nopeuden ja kattavuuden lisäksi myös teknisiltä ominaisuuksiltaan. Odotettavissa on, että joillekin liikenteen sovelluskohteille halutaan tulevaisuudessa varmistaa tietty kapasiteetti ja palvelunlaatu, joka ei ole riippuvainen muista verkon käyttäjistä. 5G-teknologia tarjoaa kehittyessään operaattoreille työkalut toteuttaa tällaisia räätälöityjä verkkopalveluita liikenteen tarpeisiin.

Liikenteen automaation tarpeet viestintäverkoille edellyttää paljon lisäselvityksiä

Tulevaisuuden liikenteen viestintäpalveluiden tarpeiden ymmärtämiseksi on tunnistettu neljä eri vaihetta. Nämä ovat erityisen tärkeitä, kun halutaan hyödyntää kaupallisia palveluita tulevaisuuden liikenteen tarpeisiin.

1. Ymmärretään tarve yhden käyttäjän näkökulmasta: määritellään ensimmäiset suunnitellut käyttötapaukset ja ymmärretään niiden asettamat suorituskykyvaatimukset viestintäverkkopalvelulle.
2. Ymmärretään tarve palveluiden käyttöönotossa viestintäverkon eli kaikkien samanaikaisten käyttäjien näkökulmasta: määritellään viestintäverkkojen palvelutasovaatimukset ensimmäisten käyttöön otettavien palveluiden osalta niissä alussa olevilla käyttäjämäärillä.
3. Mittarien ja mittausmenetelmien soveltuvuuden arvioiti ja kehittäminen: analysoidaan olemassa olevia mittausmenetelmiä ja saatavilla olevaa mitattua dataa viestintäverkkojen suorituskyvystä sekä kehitetään uusia mittausmenetelmiä tulevia analyysejä varten.
4. Varmistetaan kustannustehokas verkkojen soveltuvuus liikenteen viestintäpalveluille: selvitetään mahdollisuudet toteuttaa tarvittavat palvelutasovaatimukset viestintäverkkoihin tulevaisuudessa.

Viestintäverkot, kuten liikenteen automaation tarpeetkin, kehittyvät jatkuvasti. Siksi viestintätarpeiden analyysi on tehtävä nähtävissä olevalle aikajänteelle ja mahdollistettava kehitys ja palveluiden käyttöönotto sen mukaisesti.

Suomi haluaa johtaa globaalia 6G-kehitystä

Suomalaiset 6G:tä innovoivat toimijat haluavat olla kehityksen kärjessä maailmassa. Viranomaiset tukevat näitä tavoitteita vaikuttamalla muun muassa EU:n radiotaajuustyössä ja ITU:ssa. Tavoitteena on taajuuksien tehokas käyttö ja tulevaisuuden laajakaistaverkkojen sekä palveluiden kehityksen varmistaminen.

Tulevaisuuden verkot auttavat kestävän kehityksen tavoitteiden saavuttamisessa yhdistämällä fyysisen, digitaalisen ja biologisen maailman. Päätelaite on tulevaisuudessa muutakin kuin älypuhelin: miljardit koneet, laitteet, ihmiset, ajoneuvot, robotit ja dronet liittyvät pilveen tekoälyn optimoiman verkon kautta. 6G tuo käyttöön verkkojen hajautuksen ja reunalaskennan, mikä mahdollistaa esimerkiksi hologrammikokoukset ja aidosti virtuaalisen ihmisten välisen vuorovaikutuksen. Lisäksi uusien satelliittitekniikoiden yhdistäminen matkaviestinteknologioihin mahdollistaa globaalit yhteydet maalla, merellä, ilmassa ja avaruudessa.