La conectividad como parte esencial de la infraestructura ferroviaria en su proceso de digitalización

España y Europa apuestan por el ferrocarril como un medio de transporte seguro y sostenible para viajeros y mercancías. Los esfuerzos por parte del Gobierno de España y las instituciones europeas para fomentar el uso del ferrocarril son muy notables, lo cual se refleja en el gran esfuerzo inversor en materia de infraestructuras ferroviarias, procedente tanto de los presupuestos generales de Estado, como de los fondos de la Unión Europea.

El avance en la digitalización es una de las palancas clave para conseguir consolidar el éxito y aceptación de este medio de transporte, y uno de los pilares de dicha digitalización es la conectividad entre personas y cosas. En este contexto, por digitalización se ha de entender la capacidad de las nuevas tecnologías de la información y de las comunicaciones para generar casos de uso que mejoren tanto los procesos que rigen el funcionamiento de los administradores de infraestructuras y operadores ferroviarios, como las necesidades de los clientes y usuarios ferrocarril (viajeros que aspiran a que el tiempo en el tren no sea un tiempo perdido, y empresas de transporte de mercancías).

Pero, ¿dispone el sistema ferroviario de la necesaria conectividad en el entorno de sus infraestructuras para favorecer este avance en la digitalización?

El avance en la digitalización es una de las palancas clave para conseguir consolidar el éxito y aceptación del ferrocarril

De la autoprestación a una visión de cliente
Tradicionalmente, el administrador de infraestructuras ferroviarias ha orientado sus esfuerzos a desplegar redes y servicios de telecomunicaciones para satisfacer las necesidades relacionadas directamente con sus procesos operativos internos. Pero la sociedad demanda que se dé un paso más en la conectividad del sistema ferroviario, y que todos estos esfuerzos y desarrollos históricos en materia de telecomunicaciones se culminen ahora con unos sistemas de conectividad que demuestren que el ferrocarril es un medio de transporte capaz de digitalizarse también de cara a su cliente final.

Así, a lo largo de la traza ferroviaria se deberá proporcionar cobertura de comunicaciones móviles para satisfacer la demanda de servicios avanzados por parte del viajero y de los operadores ferroviarios; en las estaciones se deberán desplegar sistemas de conectividad escalables y ágiles para atender la demanda comercial y mejorar la experiencia del viajero; y será esencial alcanzar el concepto de terminales logísticas conectadas, con objeto de posibilitar la agilización de sus procesos.

Históricamente la conectividad sobre la que se prestan los servicios de telecomunicaciones a usuarios del ferrocarril ha quedado a cargo de los proveedores de dichos servicios (operadores de telecomunicaciones). Pero es una realidad que, en muchas líneas y entornos ferroviarios, el ‘caso de negocio’ presenta dificultades para estos operadores, ya que tienen que afrontar importantes inversiones que sin embargo no suponen un incremento en sus ingresos.

La sociedad demanda que se dé un paso más en la conectividad del sistema ferroviario

Por tanto, siendo la digitalización y la conectividad elementos cada vez más demandados por los clientes del sistema ferroviario, siendo este sistema un medio decididamente fomentado por las administraciones públicas y no estando garantizada por parte de los operadores de telecomunicaciones la dotación de conectividad en dicho sistema, se llega a la conclusión de que corresponderá al administrador de infraestructuras ferroviarias dar un paso adelante en promover la dotación de conectividad, buscando soluciones técnicas viables, la financiación necesaria, y los correspondientes acuerdos con operadores de telecomunicaciones y de transporte ferroviario, que en definitiva son las entidades que mantienen la relación directa con el usuario final.

Hacia el 5G en Adif
Adoptando el rol mencionado, Adif y Adif AV están poniendo ya en marcha sus primeras iniciativas de despliegue 5G en la Red Ferroviaria de Interés General. El primer paso ha consistido en la obtención de la necesaria financiación que, dada la coyuntura actual, ha venido de la mano de los fondos Next Generation de la Unión Europea, a través de la Secretaría de Estado de Telecomunicaciones e Infraestructuras Digitales, entidad que ha realizado sendas aportaciones presupuestarias para el desarrollo de proyectos de despliegue de 5G en determinadas terminales logísticas y líneas de alta velocidad.

Corresponderá al administrador de infraestructuras ferroviarias dar un paso a delante en promover la dotación de conectividad

5G en terminales logísticas
El proyecto de terminales logísticas afecta a los diez principales centros de la red ferroviaria española: Madrid – Vicálvaro, Madrid – Villaverde, Zaragoza – Plaza, Barcelona – Can Tunis, Barcelona – La Llagosta, Valencia – Fuente San Luis, Sevilla – Majarabique, Vitoria – Jundiz, Bilbao y Valladolid. La solución planteada se basará en dos redes radio independientes dentro de cada terminal:

• Una red radio privada, que proporcionará cobertura en la banda de 2300 MHz en todo el ámbito de la terminal para la autoprestación ferroviaria.
• Una red radio para los servicios de operadores públicos basada en la compartición de los elementos de acceso (RAN sharing – modalidad MORAN), que proporcionará una cobertura paraguas en todo el ámbito de la terminal en la banda de 700 MHz y cobertura en la banda de 3500 MHz en las zonas de alta densidad de tráfico.

De manera general la solución estará compuesta por los siguientes elementos:

• Unidades de Banda Base (BBU) para las señales de 700 MHz, 3.500 MHz y 2300 MHz, que actúan transmitiendo la señal en la frecuencia original sin modulación, enviándola mediante distintos sistemas de transmisión a los equipos de RF de las bandas indicadas.
• Unidades Radio Remotas (RRU/RRH), encargadas de recibir la señal en banda base y gestionar la parametrización en frecuencia, ancho de canal y potencia de transmisión. Se colocará una unidad por cada banda y site. Si la solución técnica lo requiere, se utilizarán antenas activas que incorporan tanto la unidad radio como los elementos radiantes.
• Antenas, encargadas de radiar la señal en las distintas bandas de operación.
• Sincronismo, en tiempo y fase, requerido para el funcionamiento del sistema radio, que se conseguirá a través de una antena GPS conectada a las BBU.
• CORE 5G stand alone geo-redundado para la red privada. Estará compuesto por un conjunto de elementos centrales que recojan todas las funcionalidades necesarias para establecer el Plano de Control (AUSF, PCF, UDM, SMF y AMF). La Función Plano de Usuario (UPF), será local a cada una de las terminales (BBU) para facilitar la implementación de edge computing.

5G en líneas de alta velocidad
Por su parte, el proyecto de despliegue de cobertura 5G en líneas de alta velocidad persigue la puesta a disposición de un servicio 5G de calidad a los viajeros y al transporte de mercancías, en corredores en los que existe ‘fallo de mercado’ y los operadores de telefonía móvil no están prestando un nivel de servicio compatible con las altas prestaciones del servicio ferroviario.

La solución consistirá en el desarrollo de una red radio para los servicios de operadores públicos basada en la compartición de los elementos de acceso (RAN sharing – modalidad MORAN) que desplegará una cobertura paraguas en todo el ámbito de la traza en la banda de 700 MHz.

Adif y Adif Alta Velocidad están poniendo ya en marcha sus primeras iniciativas de despliegue 5G en la Red Ferroviaria de Interés General

Como primer paso, se opta únicamente por la utilización de esta banda de frecuencias (con un ancho de banda asignado a cada operador de 10 MHz), por las exigencias que presenta la banda de 3500 MHz (en principio más interesante, por el mayor ancho de banda que cada operador tiene asignado, 100 MHz) tanto en la penetración de la señal hacia el interior del tren (debido al efecto de apantallamiento de su estructura), como en términos de densificación de emplazamientos a lo largo de la traza. Sin duda, solucionar estas dificultades, a las que se suma la velocidad de circulación, es uno de los principales desafíos técnicos para la consecución de grandes capacidades de transmisión en el interior del tren a gran velocidad.

En la actualidad Adif, en contacto con el mercado, está explorando diferentes opciones y planteando la posibilidad de realizar pruebas de concepto combinando el uso de las bandas milimétricas (para el enlace tren-tierra) con soluciones de cobertura interior, tanto wifi (actualmente en uso por parte de algunos operadores ferroviarios) como picoceldas de operadores móviles.

5G para radiocomunicaciones ferroviarias
Por último, volviendo la mirada de nuevo hacia las necesidades operativas del propio sistema ferroviario, no menos importante es la aparición de 5G como nueva base tecnológica para la necesaria evolución del sistema estandarizado de radiocomunicaciones ferroviarias GSM-R, que quedó ‘anclado’ en la tecnología 2G. Nace así el nuevo estándar de radiocomunicaciones ferroviarias FRMCS, en cuyas especificaciones se trabaja por parte de los organismos ferroviarios internacionales (UIC/ERA), basándose en los estándares de normalización de 5G (ETSI/3GPP), y con asignación espectral armonizada por el CEPT (se dispone ya de reserva de ancho de banda en torno a los 900 MHz y 1900 MHz). Adif, como miembro fundador de la recién constituida ER-JU (European Railway Joint Undertaking), ha dado un paso adelante en la experimentación sobre el desarrollo de esta tecnología, dentro de la línea de trabajo denominada Digital & Automated up to Autonomous Train Operations.