Die zunehmende Nachfrage nach Konnektivität im Schienenverkehr hat die Forschung im Bereich zuverlässiger und schneller Mobilfunknetze in diesem Kontext maßgeblich vorangetrieben. In der vorliegenden Arbeit wird eine umfassende und skalierbare Benchmarking-Methode präsentiert, die dazu dient, die Leistungsfähigkeit zellularer Netzwerke in fahrenden Zügen zu evaluieren. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf den spezifischen Herausforderungen, die durch hohe Mobilität, Fahrzeugdurchdringungsverluste (Vehicle Penetration Loss, VPL) sowie die Einschränkungen der streckenseitigen Infrastruktur entstehen. Zu diesem Zweck wird ein strukturierter Ansatz zur Datensammlung, -verarbeitung und -analyse entwickelt, der auf kontrollierten Messkampagnen verschiedener Zugtypen basiert. Im Rahmen der Untersuchung werden wesentliche Netzwerkschlüsselkennzahlen (Key Performance Indicators, KPIs) systematisch analysiert, um den Einfluss von Zugdesign, Netzwerkinfrastruktur sowie umgebungsbedingten Faktoren auf die Konnektivität zu bewerten. Darüber hinaus vergleicht die Studie verschiedene Lösungen zur Verbesserung der Konnektivität an Bord, wie Repeater-Systeme und frequenzselektive Oberflächenbeschichtungen (Frequency Selective Surfaces, FSS) an Fenstern, und analysiert deren Wirksamkeit bei der Minderung von Signalabschwächung. Fortschrittliche statistische Methoden und geospatiale Modellierungstechniken werden angewendet, um die Messstrategien zu verbessern und genaue Bewertungen sicherzustellen. Zusätzlich integriert diese Dissertation das Konzept des Digitalen Zwillings (Digital Twin, DT), bei dem Schienenumgebungen, zellulare Netzwerke sowie spezifische Zugmerkmale in einem virtuellen Rahmen modelliert werden. Dieser Ansatz gestattet eine umfassende Evaluierung und gezielte Optimierung der mobilen Konnektivität an Bord von Zügen.Die gewonnenen Erkenntnisse tragen zu einem vertieften Verständnis der Mobilfunknetzleistung im Schienenverkehr bei und liefern wichtige Einblicke zur Optimierung zukünftiger Netzbereitstellungen. Die in diesem Rahmen entwickelten Methoden stellen eine Grundlage für Bahnunternehmen und Mobilfunkanbieter dar, um sowohl die Passagierkonnektivität als auch die betriebliche Effizienz nachhaltig zu verbessern.
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The increasing demand for reliable and high-speed wireless connectivity in railway transportation has driven research into optimizing mobile network performance in train environments. This dissertation presents a comprehensive benchmarking methodology for evaluating cellular network performance on moving trains, addressing the unique challenges posed by high mobility, vehicle penetration loss, and trackside infrastructure limitations. A structured approach is developed for data collection, processing, and analysis, utilizing controlled measurement campaigns on various train types. Network key performance indicators are examined to assess the impact of train design, network infrastructure, and environmental factors on connectivity. Furthermore, the study compares different onboard connectivity enhancement solutions, such as repeater systems and frequency-selective surface window coatings, analyzing their effectiveness in mitigating signal attenuation. Advanced statistical methods and geospatial modeling techniques are applied to improve measurement strategies and ensure accurate evaluations. Additionally, this research integrates the digital twin concept by modeling railway environments, cellular network deployments and train properties in a virtual framework. This approach enables a comprehensive evaluation and optimization of mobile connectivity onboard trains. The findings contribute to a better understanding of mobile network performance in railway scenarios and provide insights for optimizing future deployments. The methodologies developed in this thesis can serve as a foundation for railway operators and mobile network providers to enhance passenger connectivity and operational efficiency.
