Sistemi di telecomunicazioni ferroviarie: dal “bastone” alla telefonia “GSM-R”
Il GSM-R è lo standard di comunicazione radiomobile europeo che trova sempre più applicazione nelle nazioni che hanno interesse a modernizzare le reti ferroviarie. GSM-R concorre a garantire il controllo e l’esercizio del traffico ferroviario attuando gli standard di interoperabilità.
GSM-R è l’acronimo di Global System for Mobile Communications – Railway e fornisce anche servizi di telefonia, SMS e dati, così come le reti GSM pubbliche.
GSM-R realizza la comunicazione tra il personale dei treni e il materiale rotabile (cosiddetto “bordo”) e il personale delle stazioni e i relativi sistemi di comando e controllo del traffico (cosiddetta “terra”); inoltre, è il sistema di comunicazione dei dati per il sistema europeo di controllo dei treni ETCS (European Train Control System), in particolare per l’ETCS di livello 2 e di livello 3.
Il GSM-R si basa sulla tecnologia GSM standard, normalmente utilizzata dagli operatori di telefonia pubblica, con l’implementazione di miglioramenti specifici nel settore ferroviario, quali ad esempio:
- servizio di chiamata di gruppo vocale (VGCS);
- servizio di trasmissione vocale di tipo “broadcast” (VBS);
- servizio avanzato di precedenza e prelazione multilivello (eMLPP).
Il punto di riferimento a livello europeo è ETSI (European Telecommunications Standards Institute), l’Istituto Europeo per le Norme di Telecomunicazione.
Altro punto di riferimento sono le specifiche dei requisiti funzionali EIRENE, curato da UIC, dove “EIRENE” (European Integrated Radio Enhanced Network) è una specifica finalizzata a definire uno standard radio per le ferrovie europee applicabile in tutto il mondo.
Il GSM-R è indispensabile per la realizzazione del sistema ETCS che è il punto di arrivo di una lunga evoluzione del sistema di segnalamento ferroviario.
Alle origini del controllo della circolazione ferroviaria, il più semplice e rudimentale sistema era il regime denominato “bastone pilota”; immaginiamo una linea A-B con un unico binario; il treno parte da A e va verso B se e solo se in possesso dell’unico “bastone pilota” in uso su tale tratta di linea; all’arrivo alla stazione B consegnerà tale bastone pilota al Dirigente della stazione B che – dopo aver controllato la completezza del treno ricevuto – potrà quindi consegnarlo ad un treno per consentirgli di percorrere la tratta B-A.
Tale sistema è ovviamente poco efficiente e risulta inadeguato allorché si ha necessità di utilizzare al meglio l’infrastruttura aumentando il numero dei treni circolanti.
Grazie alla realizzazione di una semplicissima linea telefonica punto-punto tra ogni coppia di stazioni limitrofe, si poté implementare il regime del “blocco telefonico” tramite il circuito telefonico “Tb” costituito da un doppino in rame. Il licenziamento di un treno da A verso B era vincolato alla concessione del consenso via telefono che il Dirigente della stazione B concede ad A.
Non esistendo le registrazioni telefoniche, il tutto doveva rigorosamente essere trascritto sui registri numerati e bollati in dotazione presso ciascuna stazione.
Nel citato circuito Tb erano inseriti, nelle stazioni e nei posti di blocco intermedi, telefoni di tipo BL (batteria locale).
Negli anni Settanta, allo scopo di migliorare l’efficacia delle comunicazioni di supporto all’esercizio ferroviario, si realizzò il sistema di comunicazione “terra-treno” che consentiva la connessione telefonica tra il personale preposto al controllo e alla regolazione della circolazione e il macchinista. Tale sistema terra-treno utilizzava la tecnologia “onde convogliate”.
La trasmissione avveniva tramite modulazione in Alta Frequenza nella banda 292 kHz-388 kHz utilizzando la linea di contatto 3kV quale guida d’onda.
Questa soluzione, da una parte, aveva il vantaggio di utilizzare tutta l’infrastruttura esistente delle linee di trazione elettrica, dall’altra, imponeva l’installazione di filtri passa-basso in corrispondenza delle sottostazioni elettriche e delle cabine di sezionamento oltre che l’uso dei dispositivi di accoppiamento delle postazioni telefoniche fisse ad uso del personale di terra.
In estrema sintesi, occorreva impedire che il segnale AF interferisse con gli impianti di trazione e contestualmente isolare le apparecchiature telefoniche di terra dalla tensione 3 kV.
Vista la maggiore efficacia del sistema di comunicazione “terratreno” rispetto alla telefonia fissa, tutte le reti europee, fin dagli anni Settanta, investirono nei sistemi “radio”. Nella rete ferroviaria italiana erano già in uso sistemi di comunicazione “radio” utilizzati, limitatamente nell’ambito degli scali e delle stazioni, dagli operatori addetti alla formazione e movimentazione del materiale rotabile (“manovre”).
Le limitazioni funzionali del sistema a “onde convogliate” spinsero FS negli anni Novanta a sperimentare l’impiego del sistema radio analogico 450 MHz per realizzare la connessione telefonica tra il personale di “terra” e il personale di “bordo” treno.
Il sistema radio, se da un lato richiede la realizzazione di un’apposita infrastruttura e notevoli interventi per la propagazione del segnale all’interno delle gallerie, dall’altro offre una maggiore potenzialità di canali e – altro grande vantaggio – la possibilità di estendere il campo degli utilizzatori anche al personale della manutenzione.
Successivamente si implementò, tramite accordo con il gestore pubblico, una Rete Privata Virtuale ad uso esclusivo degli utenti abilitati della rete ferroviaria italiana.
Contestualmente, tutti gli Stati europei, anche sotto la spinta della Normativa comunitaria, contribuirono alla definizione degli standard di interoperabilità nel settore ferroviario europeo.
In particolare, a seguito della definizione da parte dell’UIC (Istituto per la Normazione internazionale nel mondo dell’industria del trasporto ferroviario) delle specifiche EIRENE, si adottò in tutte le reti europee il sistema radio GSM-R.
L’infrastruttura tecnologica – la cui realizzazione in Italia è iniziata nel 2002 – oggi copre circa 12.000 km di linee della rete italiana e oltre all’utilizzo dei servizi “voce” consente la realizzazione dei sistemi di segnalamento con tecnologia ERTMS/ETCS.
Tra tali funzioni è presente la versione più evoluta dell’SPG (presente nelle onde convogliate); la funzione adesso denominata “chiamata di emergenza” permette una configurazione flessibile delle aree in cui confinare tale chiamata e prevede che in caso di ricevimento il macchinista deve ridurre la velocità – salvo disposizioni più restrittive – alla velocità di 30 km/ora.
Grazie al sistema GSMR e all’attrezzaggio di tutti i rotabili con apparato vitale di bordo dotato di radio GSMR, si realizza la connessione dati tra il “treno” e il sistema RBC (Radio Block Center) per controllare e regolare la circolazione dei treni garantendo il distanziamento di sicurezza.
Oggi è in corso un notevole investimento finalizzato all’estensione del sistema ERTMS (GSMR + ETCS) per coprire la quasi totalità delle linee RFI. Contemporaneamente sono già in corso le attività per la definizione del futuro sistema radio FRMCS che gradualmente sostituirà l’attuale GSMR.
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