Việc càng ngày càng nhiều phương tiện giao thông cá nhân, đã làm đe dọa và làm biến đổi khí hậu. Buộc các chính phủ phải tìm kiếm các phương án vận chuyển thay thế. Sự dịch chuyển từ giao thông đường bộ sang đường sắt là một trong giải pháp đó. Cho tới ngày nay thì giao thông đường sắt vẫn là một phương tiện giao thông thân thiện với môi trường.
Có 4 loại ứng dụng trong viễn thông của đường sắt. Bắt đầu với những động cơ hơi nước thì cho đến ngày nay đường sắt đã được điện khí hóa. Nhu cầu về giao tiếp và báo hiệu giữa những người điều phối và đoàn tàu đang chậy, cũng như nhu cầu giao tiếp giữa các người điều phối viễn đã tăng lên theo cấp số nhân. Bộ phận thông tin vô tuyến của ITU(ITU-R) đang hoạt động bên 5G(WP 5G) đã xác định 4 loại ứng dụng trong thông tin liên lạc của đường sắt( Xem chi tiết báo cáo ITU -RM. 2418-0)
1. Tín hiệu vô tuyến để sử dụng cho thoại và dữ liệu trong việc điều hành tầu và nhà điều hành.
2. Điều khiển tầu từ xa, như là một ứng dụng của phòng của dự phòng.
3. Giám sát tầu, và nhà ga, đường sắt và khách đi tầu.
4. Định vị vị trí của tầu theo vị trí thực tế của nó.
Đặc biệt cái cuối cùng là yếu tố quan trọng để vận hành tầu một cách an toàn.
Thông tin liên lạc không an toàn:
Thông tin liên lạc trở thành một yêu cầu không-thể-thiếu của hệ thống đường sắt để đảm bảo an toàn
hành khách và hàng hóa. Báo hiệu và giao tiếp giữa các bên liên quan bắt đầu với các cờ đơn giản, chuyển sang các tín hiệu bên đường ray xe lửa, bằng cách sử dụng tín hiệu semaphore hoặc tín hiệu đèn để mang thông tin. Kết hợp với tàu hỏa, hệ thống bảo vệ hoạt động như một hệ thống hoặc hệ thống vòng lặp quy nạp, tất cả các loại hệ thống liên lạc phải chứng minh độ tin cậy và hoạt động an toàn. Một trong sô đo hệ thống bảo vệ xe lửa, có từ những năm 1920,và vẫn đang được sử dụng. Tuy nhiên, xu hướng là cần một cấp bảo vệ, an toàn cao hơn của sự tự động hóa.
Ở Châu Âu, hệ thống quản lý tàu được sử dụng ngày nay là ERTMS (Hệ thống Quản lý tàu Châu Âu). ERTMS là sự kết hợp của hai yếu tố; Dịch vụ mang sóng vô tuyến + ETCS (Hệ thống điều khiển tàu Châu Âu), hỗ trợ các cấp độ khác nhau(1-3) của tự động hóa. Dịch vụ mang radio được sử dụng cho ERTMS ngày nay là Hệ thống toàn cầu cho Truyền thông di động - Đường sắt (GSM-R).
Công nghệ cũ vẫn được sử dụng rộng rãi
GSM-R là phiên bản dành riêng cho đường sắt của công nghệ 2G GSM được giới thiệu vào cuối những năm 1990.Trong khi thời gian kết thúc của GSM-R dự kiến sẽ là khoảng năm 2030, GSM-R vẫn đang được triển khai ở Châu Âu. Ngay cả những hệ thống vô tuyến tương tự kiểu cũ cũng vẫn được sử dụng rộng rãi, trong khi ở một số khu vực khác, xu hướng đang chuyển sang hệ thống mmWave để cung cấp tốc độ dữ liệu cao từ hoặc hướng tới các chuyến tàu đang chạy.
Công nghệ thông tin liên lạc- thách thức lớn nhất của ngành đường sắt. Với sự lỗi thời của GSM-R như một công nghệ dùng cho đài phát thanh tàu hỏa, ngành đường sắt đang gặp phải một trong những thách thức lớn nhất từ trước đến nay của nó - cuộc cách mạng về viễn thông trong ngành đường sắt. Một yếu tố chính là số hóa ngành đường sắt, với một động thái từ giao tiếp dựa trên hệ thống chuyển mạch kênh hướng tới các hệ thống dựa trên IP, cho phép tách lớp vận chuyển và lớp ứng dụng.
Các công nghệ vô tuyến mới như 4G hoặc 5G, với giao tiếp dựa trên IP của nó, sẽ mở ra hướng tới các hệ thống cho phép độ tin cậy cao,tính khả dụng cao và kết nối vô tuyến với độ trễ thấp. Tận dụng các khả năng mới do công nghệ này cùng với sự gia tăng độ chính xác của định vị tàu, tàu tự động vận hành (ATO) và lái xe từ xa, dường như trong tầm tay trong tương lai gần.Tương lai với vận hành tàu tự động
ATO sẽ hỗ trợ các cấp độ tự động hóa khác nhau (GoA 1-4) trong đó GoA 0 đại diện cho môi trường do trình điều khiển kiểm soát, trong khi GoA 4 sẽ trở thành một chuyến tàu tự động hoàn toàn không có lái tầu. Các hệ thống liên lạc phát triển cũng sẽ hỗ trợ việc ghép nối ảo của các đoàn tàu, tự động huấn luyện lắp ráp các đoàn tàu chở hàng, thúc đẩy giám sát trong trung tâm theo thời gian thực và định vị đoàn tàu. Sự thay đổi cũng sẽ cho phép một hệ thống vận hành tàu linh hoạt hơn bằng cách di chuyển khỏi các toa cố định, nơi chỉ cho phép một chuyến tàu tại một thời điểm, đến tạo vùng an toàn xung quanh đoàn tàu đang chuyển động. Với một hệ thống mới như vậy, hiệu quả của đường sắt theo dõi có thể được tăng lên. Triển khai Internet vạn vật (IoT) với một số lượng lớn các cảm biến dọc theo đường ray và trên tàu sẽ giám sát chặt và đưa ra quyết định bảo trì. Nhưng thanh công nghệ dựa trên IP cũng là một rủi ro - một vấn đề đáng quan tâm là an ninh mạng - sẽ là một trong những thách thức lớn cho tương lai.
Nhu cầu dịch vụ viễn thông ngày càng tăng đối với hành khách đi tầu.
Bên cạnh tất cả các giao tiếp hoạt động thông thường, cũng có nhu cầu ngày càng tăng về duyệt web, dịch vụ phát trực tuyến, văn phòng di động hoặc video hội nghị trong chuyến du lịch của họ. Hành khách mong đợi một trải nghiệm như ở nhà khi đi du lịch. Đoàn tầu, bắt đầu với băng thông vài trăm
Mbit hôm nay kết thúc trong phạm vi Gbit trong thời gian tới. Đảm bảo một môi trường không bị nhiễu vô tuyến có hại bên trong và bên ngoài tàu sẽ là một thách thức bổ sung, đặc biệt khi các công nghệ tương tự được sử dụng ở các tần số liền kề.
Cuối cùng, Phổ tần số cần cho thông tin đường sắt là bao nhiều?, hệ thống đường sắt (thông tin liên lạc) trong tương lai không chỉ giới hạn để đáp ứng nhu cầu của hiệu quả cao hơn và tính di động trong xã hội Gigabit, nhưng cũng sẽ tạo điều kiện cho các mục tiêu khí hậu đầy tham vọng. Một yếu tố cần thiết để kích hoạt những mục tiêu cần đạt được là quang phổ. Các tiêu chí như xã hội, kinh tế xã hội và thân thiện với khí hậu cần được lấy làm cơ sở để xác định phổ đủ như vậy.