(03/06/2005)  Estas especificaciones propias del ferrocarril se desarrollaron por mandato de la Unión Internacional de Ferrocarriles (UCI) en colaboración con el ETSI y con el objetivo de contribuir a la interoperabilidad entre las redes ferroviarias de los distintos países.

La fiabilidad probada en las distintas redes de operadores públicos de telefonía móvil y su carácter de estándar europeo, determinó a la UIC a elegir la tecnología y los equipos GSM en 1993.

En 1995 el ETSI reservó las dos bandas de frecuencias 876-880 MHz –banda ascendente desde el móvil- y 921-925 MHz -banda descendente hacia el móvil-, para uso ferroviario en toda Europa. Este ancho de banda de cuatro MHz permite un máximo de diecinueve ondas portadoras, números 955 a 973, espaciadas 200 kHz, con una banda de guarda en los extremos. Cada una de las portadoras lleva ocho canales de voz y datos (siete canales más uno de señalización).

Ya en 1997, un conjunto de 32 administraciones ferroviarias europeas, integradas en la UIC, firmaron un compromiso de implantación del sistema GSM-R en sus redes de comunicaciones móviles para garantizar la interoperabilidad en el cruce de fronteras.

En la actualidad el GSM-R está en fase de operación, implantación o proyecto en todos los ferrocarriles europeos, Norteamérica, China, India, algunos países africanos, Australia y Brasil. En España (ver VIA LIBRE nº 484) el sistema está en operación en los 485 kilómetros de la línea Madrid-Lérida, en los ochenta de la línea Zaragoza-Huesca, y en los 495 kilómetros de la línea Madrid-Sevilla.

Además de en estos 1.036 kilómetros, en otros 560 el sistema está en su fase de construcción, se trata de las líneas de lata velocidad Córdoba-Málaga (200 kilómetros) Lérida-Barcelona (185), Segovia-Valladolid (150) y La Sagra-Toledo (25 kilómetros). Asimismo, en las cercanías de Barcelona, Bilbao, Madrid y Santander se están elaborando los proyectos constructivos para su implantación, de modo que está prevista la construcción por el Adif de unos 15.000 kilómetros de red GSM-R, de los cuales 5.000 corresponden a líneas de alta velocidad y 10.000 a la red convencional.

Ventajas

El GSM-R sustituye así al sistema analógico Tren-Tierra, ya obsoleto técnicamente, con mayores costes de mantenimiento y con escasez de repuestos. Además el GSM-R tiene mayor capacidad puesto que el Tren-Tierra sólo dispone de un canal y de un plan de frecuencias limitado –banda 450-460 MHz- sin posibilidad de ampliación.

El GSM-R tiene, además de su mayor capacidad para integrar nuevos servicios como el ERTMS, un alto nivel de fiabilidad y calidad con velocidades de circulación de hasta quinientos kilómetros por hora y la posibilidad de integrar todos los servicios de telecomunicaciones en una misma red de comunicaciones fijas y móviles con una gestión centralizada.

Asimismo, el GSM-R permite el direccionamiento funcional según la localización del tren, da la opción de priorizar en distintos niveles las llamadas y les da mayor seguridad y protección. Ofrece también la posibilidad de crecimiento según las necesidades implantando la red gradualmente y con facilidad para su reconfiguración, y permite la utilización de los mismos móviles en la red de los operadores públicos, previo acuerdo, para funcionalidad GSM.

Aplicaciones

El GSM-R es un soporte de comunicaciones para las principales aplicaciones de voz y datos que no sólo sustituye al Tren Tierra sino que ofrece soporte al control automático del tren ERTM/ETCS (Ver VIA LIBRE nº 485), diagnóstico de trenes, las llamadas de grupo y difusión, las llamadas de emergencia, el establecimiento de llamadas por la función de localización del tren, comunicaciones en estaciones clasificación, el GPRS (General Packet Radio Service) para las aplicaciones de transmisión de datos a mayor velocidad por el canal radio, y servicios de valor añadido a los viajeros como venta de billetes abordo, consultas a bases de datos o servicios complementarios de información.

Organización

El GSM-R tiene una arquitectura similar al GSM público y cuenta con cuatro subsistemas, el de estaciones móviles, el de estaciones base, el de red y conmutación y el de operación y mantenimiento.

El subsistema de estaciones móviles cuenta con una terminal de radio embarcada en la cabina de los trenes -puesto móvil de radio- con una potencia de emisión de 8 W, y con terminales o puestos portátiles de radio de 2 W, que permiten la comunicación entre trenes, personal de mantenimiento y el puesto central de radio. Cada equipo móvil va dotado de su correspondiente módulo de identificación de la suscripción –tarjeta SIM- que contiene la información específica de cada usuario.

El subsistema de estaciones base proporciona todas las funciones de transmisión y control para la cobertura radio en el área de servicio y está compuesto por las estaciones base transceptoras, repartidas a lo largo de la vía, las controladoras de las estaciones base que gestionan el subsistema radio y concentran el tráfico telefónico de varias estaciones base, y las unidades de transcodificación y adaptación de velocidad de transmisión entre las controladoras y el centro de conmutación de móviles.

Para ofrecer una mayor fiabilidad, las estaciones base transceptoras están conectadas en anillo y controladas por una o más controladoras de estaciones base. La potencia de emisión de las estaciones base es de 50 W. Las torres de las antenas tienen una altura, por lo general, de 30 metros.

El subsistema de red y conmutación es el que realiza las funciones de control y enrutamiento de las llamadas, tanto de telefonía móvil como el encaminamiento a una red fija o a otra red GSM-R. Cuenta con un centro de conmutación de móviles en el que se integra un centro de incidencias y al que se conectan el registro de usuarios locales, el centro de autentificación, los registros de localización de visitantes y de configuraciones para llamadas de grupo y difusión, y la red inteligente con la base de datos de la numeración funcional.

Por último, el subsistema de operación y mantenimiento, es el encargado de la gestión y control de los recursos y servicios de la red y está integrado en los sistemas generales de gestión y control y ayuda al mantenimiento de la red de telecomunicaciones.

Cobertura

El pan de cobertura radio depende fundamentalmente de factores geográficos y de los parámetros de explotación que se requieran. Los requerimientos EIRENE establecen como niveles mínimos de cobertura una potencia de –92 dBm para líneas con ETCS nivel 2 para velocidades superiores a 220 kilómetros por hora con una probabilidad del 95 por ciento, una probabilidad de pérdida de llamada en el paso de una celda a otra servida por otra estación base inferior al 0.05 por ciento, y un tiempo máximo de corte temporal de la comunicación inferior a 300 milisegundos.

Con estos datos y otros relativos a las ganancias de las antenas, las pérdidas del sistema radiante y de propagación del espacio libre, y los derivados del trazado y sus características geográficas, se calcula el balance del enlace radio y se definen con herramientas informáticas el número y la situación de las estaciones base y la altura de las torres.

La red GSM-R está formada por celdas elípticas dispuestas a lo largo de trazado con antenas direccionadas en el eje de la vía. Las celdas se solapan unos 700 metros, espacio que se recorre en ocho segundos a una velocidad de 300 kilómetros por hora, lo que es suficiente para llevar a cabo el traspaso de la comunicación de una celda a la siguiente.

Si la cobertura se hace por capa simple a cada celda le corresponde una estación base con antenas combinadas para ambas direcciones. Si se requiere mayor fiabilidad ante el fallo, se opta por la doble cobertura mediante la instalación redundante de estaciones base y controladoras de estaciones base con un solapamiento total de todas las celdas, obteniéndose dos capas de celdas totalmente independientes.

En el Madrid-Lérida, diseñada para ETCS nivel 2 con doble capa, cada una de éstas está dimensionada para poder transportar todo el tráfico de comunicaciones generado. Los trenes que salen de Madrid utilizan la capa B y los de Lérida la A. Si hay un fallo de cobertura en una celda, los móviles de conmutan a la otra capa y regresan a la primera cuando los niveles de señal son más altos.

Los túneles de longitud inferior a dos kilómetros se cubren desde el exterior con antenas especiales que apuntan a su interior. Si la longitud es mayor, se instala en el interior cable radiante y estaciones repetidoras para conseguir unos niveles mínimos de recepción de señal en la antena receptora del tren.