Liikenne hyödyntää nyt ja tulevaisuudessa monia eri radiojärjestelmiä ja viestintäverkkoja

Kun liikenne automatisoituu, liikennemuotojen omia radiojärjestelmiä tulevat täydentämään nopeasti kehittyvät palvelut, jotka hyödyntävät matkaviestinverkkoja ja satelliittiteknologiaa. Matkaviestinyhteyksien kehittyminen on tärkeää niin tie- ja raideliikenteen digitalisaatiolle ja automatisaatiolle kuin miehittämättömälle ilmailulle sekä rannikko-, saaristo- ja sisävesiliikenteelle. Yksi tehtävämme Traficomissa on tunnistaa tulevaisuuden liikenteen uudet tarpeet viestintäpalveluille.

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 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 suunnitellaan Euroopassa älyliikenteelle varatulle omalle ITS-taajuusalueelle (ITS = Intelligent Transport System). Liikenteen automatisoituessa liikennemuotojen omia radiojärjestelmiä täydentävät tulevaisuudessa nopeasti kehittyvät matkaviestinverkkoja ja satelliittiteknologiaa hyödyntävät palvelut. 

Traficom hallinnoi taajuuksien ja radiolaitteiden käyttöä

Traficomin tehtävä on kansainvälinen ja kansallinen taajuussuunnittelu, radiohäiriöiden selvittäminen ja poistaminen sekä radiolaitteiden markkinavalvonta. Olemme mukana sopimassa näiden taajuuksien ja radiolaitteiden käytöstä maailmanlaajuisesti YK:n alaisessa Maailman televiestintäliitto ITUssa, EU:ssa sekä Euroopan posti- ja televiestintäliitossa CEPTissä. Tämän perusteella annamme pari kertaa vuodessa päivitettäviä kansallisia määräyksiä taajuuksien ja radiolaitteiden käytöstä. Tämä sääntely myös vapauttaa radioluvista yli 95 % Suomessa käytettävistä radiolaitteista.

Suurin osa merenkulun ja ilmailun radiojärjestelmistä edellyttävät kuitenkin Traficomin myöntämän radioluvan. Merenkulun radiolaitteiden käyttö puolestaan edellyttää usein myös Traficomin myöntämän 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 GSM-verkoille 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. Traficom valvoo velvoitteiden toteutumista. Nykyiset peittovelvoitteet eivät takaa nopeita yhteyksiä teille ja rautateille, mutta ne varmistavat peruspeiton ulkotiloissa. Osana valvontaa Traficom on muun muassa antanut päätöksen matkaviestinverkkojen tiepeittovelvoitteiden toteuttamisesta saamelaisalueen pohjoisosissa Inari ja Angeli sekä Angeli ja Karigasniemen välisillä tieosuuksilla.

Nykyisiä 4G- ja 5G-verkkoja ei ole kuitenkaan 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. (Tästä syystä lentokoneessa pitää laitta omat laitteet lentotilaan.) Traficom on kuitenkin toteuttanut määräaikaisen kokeilun radioluvasta vapaan käytön edistämiseksi.

Tiettyjen viranomaistehtävien tai yhteiskunnan huoltovarmuuden kannalta välttämätön matkaviestinverkon päätelaitteiden käyttö ilma-aluksessa on sallittua luvasta vapaasti. Mikäli toiminta ei ole viranomais- tai huoltovarmuustehtävä, Traficom voi matkaviestinoperaattorin suostumuksella myöntää radioluvan, joka mahdollistaa matkaviestinverkon päätelaitteen ilma-aluskäytön. Traficom osallistuu aktiivisesti CEPTin taajuustyöhön, jossa pyritään löytämään yhteiseurooppalaisia ratkaisuja radioluvasta vapaalle käytölle ilma-aluksissa. 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 palvelun saatavuus 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 tulee perustumaan 5G-teknologiaan ja tämän kehittämistä varten on perustettu Digirata-hanke. Tarkoitus on, että järjestelmä toteuttaa matkaviestinyhteyksillä myös eurooppalaisen rautatieliikenteen ohjausjärjestelmän (European Rail Traffic Management System) vaatimukset. Junamatkustajien nettiyhteyksiä yritetään 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-verkot tulevat kehittymään 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

Traficom on tunnistanut eri vaiheita tulevaisuuden liikenteen viestintäpalveluiden tarpeiden ymmärtämiseksi. Tämä on erityisen tärkeää, kun halutaan hyödyntää kaupallisia palveluita tulevaisuuden liikenteen tarpeisiin.

  1. Ymmärretään tarve yhden käyttäjän näkökulmasta. Määritellään ensimmäiset suunnitellut käyttötapaukset ja ymmärretään suunniteltujen käyttötapausten asettamat suorituskykyvaatimukset viestintäverkkopalvelulle.
  2. Ymmärretään tarve viestintäverkon eli kaikkien samanaikaisten käyttäjien näkökulmasta. Määritellään viestintäverkolle asetettavat palvelutasovaatimukset ensimmäisten palveluiden osalta alussa olevilla käyttäjämäärillä.
  3. Ovatko mittarit ja mittausmenetelmät kohdallaan vai pitääkö kehittää uusia? Analysoidaan olemassa olevia mittausmenetelmiä ja saatavilla olevaa mitattua dataa viestintäverkkojen suorituskyvystä. Kehitetään uusia mittausmenetelmiä tulevia analyysejä varten.
  4. Miten nykyisiä verkkoja voisi muuttaa tai kehittää kustannustehokkaasti? Selvitetään mahdollisuudet implementoida kyseiset palvelutasovaatimukset viestintäverkkoihin tulevaisuudessa

Suomi haluaa johtaa globaalia 6G-kehitystä

Suomalaiset 6G:tä innovoivat toimijat haluavat olla kehityksen kärjessä maailmassa. Traficom tukee näitä tavoitteita yhdessä liikenne- ja viestintäministeriön kanssa 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.

Tämän blogisarjan edellisen kirjoituksen kuljetusroboteista kollegani Reijo päätti sanoihin ”Teleportaatiota odotellessa”. No, teleportaatioon ei edes 6G auta, vaikka se jo mahdollistaa ns. digitaalisen teleportaation eli hologrammikokoukset. Juhannusmakkarat ja -juomat pitää vielä pitkään kuljettaa ihan fyysisesti mutta kuljetusrobotit ja -dronet voivat tuoda ne näppärästi vaikka mökin terassille.

 

Kirjoittaja Heidi Himmanen työskentelee Traficomissa johtavana asiantuntijana Digitaaliset yhteydet osaamisalueella edistäen liikenteen automaatiota sekä 5G- ja 6G-teknologioiden hyödyntämistä ja kehittämistä. Jatketaan keskustelua Twitterissä @HimmanenHeidi (Ulkoinen linkki).