STORIA DELLE TELECOMUNICAZIONI

FERROVIARIE ITALIANE

Dai pionieri del “bastone pilota” al blocco telefonico

Superata la fase pionieristica dello sviluppo ferroviario, si passò dal singolo treno che faceva “su e giù” sulla stessa tratta ai primi convogli che la percorrevano contemporaneamente. Si pose così il problema di evitare che due treni impegnassero la stessa linea in direzioni opposte, con ovvie e catastrofiche conseguenze.

All’inizio si operò in maniera molto semplice attraverso il sistema del bastone pilota: il capostazione consegnava un bastone al macchinista, il quale poteva percorrere la tratta solo se ne era fisicamente in possesso. Arrivato alla stazione successiva, il bastone veniva riconsegnato al capostazione, che lo metteva a disposizione del convoglio pronto a muoversi in senso opposto. Questo sistema permetteva chiaramente il transito di un solo treno alla volta; in seguito venne sdoppiato, ma rimase un metodo poco pratico e decisamente inefficiente.

Con lo sviluppo del telegrafo si passò alle comunicazioni punto-punto (ad esempio tra una stazione B, la precedente A e la successiva C), un sistema che si sarebbe poi evoluto nel blocco telefonico. Prima di dare il via libera a un treno dalla stazione A verso la stazione B, il capostazione o il responsabile della movimentazione doveva accertarsi via telefono che il treno precedentemente segnalato in senso opposto fosse regolarmente arrivato.

Tutte le comunicazioni venivano registrate su un apposito registro bollato: ogni riga corrispondeva a una segnalazione e, se la colonna dell’orario di arrivo restava vuota, significava che la linea era ancora impegnata. Solo ad arrivo avvenuto si dava il via libera al treno in attesa, segnalando contemporaneamente alla stazione successiva la partenza del nuovo convoglio. Questo sistema è tuttora considerato un backup in caso di guasto ai sistemi automatici, ma non è esente da errori umani, come tragicamente dimostrato dal disastro ferroviario tra Andria e Corato. Inoltre, il blocco telefonico non permetteva un’efficiente comunicazione terra-bordo né un controllo ottimale del traffico.

Gli anni ’70 e ’80: le onde convogliate e i primi cellulari

Tra gli anni Sessanta e Settanta si iniziò a progettare un vero sistema di comunicazione terra-bordo. Nacque così il sistema ad onde convogliate: il segnale telefonico veniva inserito con una portante a 300 kHz direttamente sulla linea elettrica di trazione aerea; a bordo del treno, appositi filtri di banda scindevano il segnale audio dall’alimentazione del motore.

Entrato in funzione a metà degli anni Settanta, il sistema venne esteso a circa 2.000 km di linee delle FS. Dal 1990, grazie ai miglioramenti tecnici, la possibilità di usare il telefono venne estesa anche ai passeggeri, e in Italia il sistema fu installato su tutti gli ETR 450 “Pendolino”. Le onde convogliate permettevano inoltre di scambiare segnalazioni con la sala operativa, offrendo la prima concreta opportunità di interazione treno-terra e garantendo quella che in gergo si chiama situational awareness: la sala di controllo poteva finalmente conoscere i convogli in transito e la loro velocità media.

Con lo sviluppo della telefonia mobile (inizialmente i sistemi analogici a 450 MHz, poi evoluti in E-TACS), le FS intuirono il potenziale per migliorare le comunicazioni. Buona parte dei convogli fu dotata di apparati dual-system operanti a 450 MHz e 900 MHz su rete commerciale. A bordo non c’erano normali telefoni, ma dispositivi dotati di una PIB (Pulsantiera Integrata di Bordo) con tasti preimpostati per chiamare numeri specifici. Nella rete interna FS, un centralino permetteva alle sale operative di mettersi in contatto diretto con il treno semplicemente digitandone il numero. Tuttavia, l’interoperabilità a livello europeo era ancora inesistente.

La svolta europea: i progetti EIRENE e MORANE

Nel 1992 la UIC (Union internationale des chemins de fer) lanciò il progetto per un sistema unico europeo, denominato EIRENE (European Integrated Radio Enhanced Network). L’obiettivo era specificare i requisiti per le reti mobili ferroviarie garantendo l’interoperabilità transfrontaliera. Le specifiche tecniche furono emanate nel 1995 e, stanti le peculiarità del sistema, l’ETSI richiese al CEPT delle bande frequenziali dedicate: 876–880 MHz per l’uplink e 921–925 MHz per il downlink.

La sperimentazione dei nuovi sistemi avvenne tra il 1997 e il 2000 con il progetto MORANE (MObile radio for RAilway Networks in Europe) sulle seguenti tratte pilota:

Firenze – Arezzo (Italia)
Stoccarda – Mannheim (Germania)
Parigi (linee ad alta velocità Nord ed Est in Francia)

I test ebbero esito positivo e dal 2004 iniziò l’implementazione sulle reti di RFI, SNCF e DB. Successivamente, altre 34 nazioni anche extra-europee (come India e Algeria) hanno aderito allo standard.

Le peculiarità tecniche del GSM-R

La differenza fondamentale tra il comune GSM commerciale e il GSM-R (progettato per le ferrovie) risiede nella gestione delle priorità. Il sistema implementa livelli di priorità di rete (A-B) e livelli utente da 0 (massima) a 4 (minima):

Una chiamata con priorità 0 (emergenza) provoca sul terminale dell’utente chiamato l’abbattimento o la messa in attesa di eventuali conversazioni a più bassa priorità, includendo automaticamente la nuova chiamata.
Se la chiamata ad alta priorità viene originata in un’area con congestione di rete, la cella radio libera forzatamente le risorse occupate dalle chiamate meno importanti.
La priorità 1 è riservata ai sistemi ERTMS/ETCS, con cui gli apparati di bordo scambiano i dati vitali di segnalamento con la terra.
Le chiamate dei normali telefoni aziendali viaggiano a priorità 4. Questo evita che la sala controllo trovi la linea occupata se deve contattare d’urgenza un capotreno o un macchinista.

I Numeri Funzionali e la gestione dei treni “Bis” e “Ter”

Un utente GSM-R (identificato dal suo MSISDN) può essere associato a un Numero Funzionale che rappresenta il ruolo svolto in quel preciso momento. La sala operativa può quindi chiamare una funzione senza conoscere il numero reale della SIM. Per contattare il capotreno del treno 2950, la sala operativa digiterà:

2 (codice di chiamata per funzione) + 02950 (il numero del treno, sempre a 5 cifre completato con gli zeri) + 90 (codice funzione del capotreno).

Nel caso di treni supplementari (i cosiddetti “Bis” o “Ter”), si utilizzano codici specifici:

Treno Bis: codici 82 e 85 per il personale di condotta (macchinisti); codice 91 per il capotreno.
Treno Ter: codici 83 e 86 per il personale di condotta; codice 92 per il capotreno.

Esempio: per chiamare i macchinisti del treno 2950 Bis, si digiterà: 2 + 02950 + 82. Viceversa, il personale di bordo che vuole chiamare una funzione a terra digiterà il codice tratta seguito dal codice funzione. I capidistretto e i responsabili d’esercizio possono inoltre effettuare chiamate broadcast di gruppo digitando il codice 2 + codice treno + codice gruppo.

L’integrazione con l’ERTMS/ETCS

Il GSM-R dispone di un canale dati protetto fondamentale per l’ERTMS/ETCS (European Rail Traffic Management System/European Train Control System). La posizione e la velocità del treno vengono rilevate e trasmesse attraverso il passaggio sopra apposite boe induttive poste tra i binari, chiamate Eurobalise.

Il sistema di bordo intercetta la boa e trasmette istantaneamente l’evento alla sala operativa; il tempo calcolato tra il passaggio su due boe consecutive fornisce la velocità commerciale del convoglio.

Il flusso di informazioni è bidirezionale: il treno riceve costantemente i dati sulla linea. Se a 5 km di distanza è presente un segnale di stop, l’informazione compare sul display del macchinista. Nei sistemi ERTMS Livello 2, se il personale di condotta non esegue le decelerazioni previste dallo spazio di frenatura, il sistema di bordo avvia automaticamente la procedura di frenatura d’emergenza fino allo stop del treno.

Questo standard, unico e condiviso a livello europeo, garantisce finalmente la piena interoperabilità dei vettori. Si è superata così l’epoca in cui (come accadeva ad esempio a Ventimiglia nel 1995 nei collegamenti con la Spagna) era obbligatorio sostituire la locomotrice al confine perché i sistemi di segnalamento nazionali non erano in grado di dialogare tra loro.

La struttura della rete attuale

Attualmente la rete di Rete Ferroviaria Italiana (RFI) copre 11.700 km di ferrovie, mentre il sistema ERTMS/ETCS di Livello 2 è attivo su 1.071 km di linee.

Le specifiche di sistema prevedono una copertura radio integrale per tutte le tratte dell’Alta Velocità dotate di gallerie; per le linee convenzionali, invece, la copertura è obbligatoria solo all’interno dei tunnel con una lunghezza superiore ai 200 metri. Il livello minimo di segnale garantito deve essere costante su almeno il 95% delle tratte, con valori di -85 dBm sulle linee standard e -92 dBm per quelle dell’Alta Velocità (si tratta di soglie minime regolate da standard rigorosi, ma nella maggior parte dei casi i valori reali di campo sono nettamente più alti).

Nelle aree in cui non è presente la copertura radio diretta della rete proprietaria di RFI, i terminali mobili integrano un sistema di roaming nazionale appoggiandosi alle reti commerciali di TIM e Vodafone.

L’architettura hardware e le interconnessioni

Tutte le stazioni radio base (BTS) sono collegate alla rete di trasmissione dati in fibra ottica di RFI, strutturata nel seguente modo:

Backbone principale (Dorsale): con capacità a 10 Gbit/s e una lunghezza media della sezione ottica di circa 50-60 km.
Sezioni locali (Capillari): con capacità variabili a 2,5 Gbit/s e 155 Mbit/s, posizionate con un passo medio di circa 6-10 km tra i vari nodi di accesso.

I punti di uscita e di transito del traffico verso le reti telefoniche pubbliche esterne utilizzano i nodi di TIM per l’interconnessione internazionale, mentre si collegano direttamente alle reti fisse di TIM, Vodafone e WindTre per quanto riguarda l’instradamento delle chiamate nazionali.

Il Futuro: lo standard FRMCS

Per l’evoluzione tecnologica a lungo termine è già in fase di sviluppo il sistema FRMCS (Future Railway Mobile Communication System), che segnerà il passaggio definitivo alle reti mobili di generazione 5G.

Per questo nuovo standard ferroviario europeo sono già state assegnate le bande di frequenza dedicate: 874,4–880,0 MHz per l’uplink e 919,4–925,0 MHz per il downlink. RFI prevede di avviare l’implementazione e rendere operativo il nuovo sistema FRMCS sulla propria rete infrastrutturale a partire dal 2030.