Introducción al Tren-Tierra

El sistema Tren-Tierra es un sistema analógico de radiotelefonía que se utiliza para comunicarse entre trenes, estaciones y puestos de mando permitiendo el intercambio bidireccional de mensajes codificados mediante tonos o incluso voz entre maquinistas y puedos de mando desde el que que se coordina y regula todo lo relativo a la circulación de trenes en las explotaciones ferroviarias.

Está diseñado conforme a unas normas estándares europeas que determinan en qué banda de frecuencias y a qué potencia funciona este sistema, de manera que es un sistema estándard bien extendido en toda la red ferroviaria de los distintos estados miembros de la Unión Europea y de países fronterizos con la misma y en nuestro país es utilizado por casi todos los operadores ferroviarios, a excepción de instalaciones más modernas que han nacido ya con otros sistemas de telecomunicaciones entre el tren y el puesto de mando o estaciones   basados en tecnología GSM móvil.

Cabina de una UT serie 3600 de Ferrocarrils de la Generalitat Valenciana
Cabina de una UT serie 3600 de Ferrocarrils de la Generalitat Valenciana donde puede apreciarse el equipo de la consola del sistema Tren-Tierra situado justo arriba a la derecha del cuadro de mandos y con el radioteléfono situado a la izquierda de la cabina justo bajo del equipo del sistema FAP.

 

Funcionamiento

Dado que los mensajes que se intercambian son sonoros (o bien se transmite
voz, o bien un sonido audible que representa y se corresponde con un mensaje), la modulación más adecuada para este sistema es la de modulación por frecuencia, o FM, que es la que se utiliza convencionalmente en las transmisiones de voz por radio.
La banda de frecuencias que se utiliza para estas comunicaciones se puede
consultar en el CNAF (Cuadro Nacional de Atribución de Frecuencias), que
determina el Ministerio de Industria mediante la norma UN­78. Esta banda abarca
desde los 447,55 a los 458,6MHz. (en bandas UHF) con un ancho de banda del canal de 25 KHz.

Frecuencias del sistema Tren-Tierra en España según la norma CNAF UN-78
Frecuencias del sistema Tren-Tierra en España según la norma CNAF UN-78

Tal como es habitual en modulación FM, la propagación de la señal entre los puestos fijos y puestos móviles se realiza por visión directa y, cuando no es recto el recorrido de la línea férrea, por difracción.
Se sabe que el alcance varía mucho en función de la orografía, los obstáculos,
la saturación del espacio radiofónico (mayor en núcleos urbanos) y el trazado del ferrocarril (túneles con curvas), por este motivo, las empresas ferroviarias deben situar sus repetidores (o puestos fijos) a distancias variables, para poder dar cobertura en toda su red teniendo en cuenta la potencia máxima (20W de Potencia Radiada Aparente según la norma UN-78 mencionada anteriormente) que se les permite radiar.

Como ejemplo de distancias, los puestos fijos de la línea 1 de Ferrocarrils de la Generalitat Valenciana ordenados según la sucesión de estaciones desde Bétera hasta Villanueva de Castellón son los siguientes:

  • Bétera
  • Sanatori Psiquiàtric (Bétera)
  • Massarrojos (València)
  • Burjassot-Godella (Burjassot)
  • Empalme (Burjassot)
  • Túria (València)
  • Joaquín Sorolla-Jesús (València)
  • Sant Isidre (València)
  • València-Sud (Xirivella)
  • Torrent
  • Picassent
  • Villanueva de Castellón

Todos ellos utilizan el canal 94 (frencuencias entre 449.050 MHz y 449.200 MHz en FM) y como se puede comprobar, los alcances se acortan más cuando están situdados cerca de núcleos urbanos o cuando están dispuestos a lo largo del túnel, así se encuentran dos repetidores en la localidad de Burjassot y tres en el túnel pasante de la línea 1 que discurre bajo la ciudad de València. Además la distancia de estos se amplía en zonas de huerta o campo sin prácticamente obstáculos, llegando a un máximo de 35 km entre las localidades de Picassent y Villanueva de Castellón.

Por último, en el sistema Tren-Tierra cohexisten cuatro tipos de equipos,  que pueden distinguirse según ubicación en Puesto Móvil, Puesto Portátil, Puesto Fijo (repetidores de señal) y Puesto Fijo de Control (en puesto de mando).

Puesto Móvil (el que está embarcado en el tren)

El sistema Tren-Tierra situado a bordo del tren, en cada cabina, que consta de un teclado (con el que se pueden transmitir códigos comunes o emergencia al puesto de mando así como realizar las funciones propias de seleccionar un canal e introducir el número del tren) y de un teléfono – además de un altavoz manos libres –  que sirve para comunicarse con el puesto de mando mediante voz. Este equipo cuenta además con sus correspondientes antenas, situadas generalmente sobre  cada cabina.

Consola del sistema Tren-Tierra iluminada, foto obtenida de http://www.fotolog.com/orezul/14455177/
Consola del sistema Tren-Tierra iluminada, foto obtenida de http://www.fotolog.com/orezul/14455177/

PUESTO PORTÁTIL (EL QUE LLEVAN LOS AGENTES MANIOBRAS O ESTACIONES PARA COMUNICARSE CON EL TREN EN MANIOBRAS)

Consiste en un equipo portátil de radio (un walky talky) que es utilizado por agentes de maniobras, maquinistas y estaciones para comunicarse entre ellos dentro de una misma estación y que permite realizar las maniobras con seguridad. En éste sistema, a diferencia del anterior, sólo se envía voz es así que todas las comunicaciones son voz, que además son escuchadas por todos los trenes que están en la misma frecuencia de radio.

Puestos fijos, repetidores de señal

Por otra parte también existen a lo largo de la línea equipos repetidores que constan de una o dos antenas direccionales (están orientadas conforme al trazado de la vía y orografía), un equipo repetidor de radio, con el que se reemiten las señales recibidas por una antena hacia la otra antena y en una frecuencia diferente, pero dentro del mismo canal de Tren-Tierra, generalmente. Este equipo generalmente está conectado mediante línea telefónica – o mediante sistemas de fibra óptica o redes locales en los reemisores más modernos –  al puesto de mando central, de manera que – sabiendo en qué circuito de vía se encuentra el tren –  el puesto de mando puede comunicarse con él a través de tren-tierra, seleccionando automáticamente el sistema la estación base más cercana o con señal favorable al tren.

Además todos los puestos fijos de una determinada línea están interconectados también mediante los mismos medios mencionados anteriormente con los puestos repetidores vecinos, agrupándose así una serie de repetidores situados a lo largo de una línea en lo que se llama una banda de regulación que tiene un determinado canal de Tren-Tierra asignado.

Repetidor de Sistema Tren-Tierra
Repetidor de Sistema Tren-Tierra

Puesto fijo (en centro de control de tráfico centralizado o estación)

En el puesto de mando (o si existe en el puesto del Sistema de Control de Tráfico Centralizado) se sitúan los equipos necesarios para que el regulador de circulación de una determinada línea pueda interactuar con los trenes que circulan por la misma, situándose además todo un sistema de grabación de conversaciones y de datos, que permite la reconstrucción de secuencias de acciones previas a un incidente o accidente e incluso guardar la comunición de autorizaciones de movimientos o rebases de de señales entre el puesto de mando y el maquinista o estaciones a través del sistema Tren-Tierra evitándose así tener que detener el tren y enviar un agente para que el maquinista rubrique con su firma un boletín de circulación que le autoriza a dichos movimientos.

Funcionamiento práctico real

Tanto los puestos móviles como el puesto de control disponen de un terminal con altavoz, un auricular telefónico y una consola de introducción de mensajes que permite enviar el mensaje adecuado a cada momento con sólo pulsar un botón y visualizar en pantalla un mensaje recibido. Dichos mensajes, como se ha mencionado anteriormente, vienen codificados mediante tonos audibles, de manera que cada anuncio de mensaje en pantalla va acompañado de su correspondiente aviso acústico por el altavoz.

Cuando el maquinista llega a la cabina de su locomotora o automotor, antes de iniciar el camino hacia su destino, debe poner en marcha y configurar el equipo de Tren-Tierra situado en la cabina que esté utilizando, especificando para ello el número de tren, el canal en el que comenzará a realizar las comunicaciones y el modo de funcionamiento de dicho canal (el terminal dispone de un teclado alfanumérico que facilita la introducción de órdenes en el mismo).  Cada vez que se envíe un mensaje, este llevará codificado el número del tren que envía el mensaje, de manera que cuando el mensaje llegue al puesto de mando y al registrador de comunicaciones de Tren-Tierra se sepa qué tren es el que ha emitido dicho mensaje.  De modo análogo, cuando desde el puesto de mando central se envía un mensaje se incluye (codificado) el número de tren al que va destinado, además, dado que todos los trenes de una misma Banda de Regulación sintonizan la misma frecuencia y reciben todos los mensajes que por ella circulan, cada terminal descarta automáticamente los mensajes que no vayan dirigidos a ella.

Esquema de una Banda de Regulación del Sistema Tren-Tierra
Esquema de una Banda de Regulación del Sistema Tren-Tierra

Cuando un tren entra en una banda de regulación, debe sintonizar el canal  asignado a ese tramo.  La especificación de los canales que corresponden a cada tramo viene definida en los libros de itinerario de los maquinistas, de manera que son éstos quienes deben sintonizar el canal adecuado en cada momento y notificar al puesto central que están disponibles en ese canal.

Para ello deben enviar el mensaje “entro en banda” tan pronto como el canal esté libre. Desde ese momento, el puesto de control o de mando sabrá a través de qué canal comunicar cualquier incidencia si quiere que sea recibida por ese tren.

Cuando en una banda de regulación coexisten varios canales, los maquinistas son informados de cada cambio que deban realizar mediante la correspondiente señalización durante el recorrido.

 

Protocolo

El puesto central envía cada varios segundos un paquete de control (no se considera un mensaje puesto que los terminales no transmiten nada al maquinista).
Este paquete de control indica que el canal está libre, y permite que los terminales de los puestos móviles hagan uso del canal para enviar sus mensajes.
Desde los puestos móviles, cada mensaje nuevo que se desee enviar debe ir precedido de una comprobación de que el canal está libre. El terminal indicará la disponibilidad de éste y permitirá, en su caso, enviar mensajes al puesto de control o de mando e incluso a otros trenes que estén bajo la misma frecuencia.

El terminal está compuesto de una serie de botones con sendos mensajes asignados, que se envían con sólo pulsar el botón correspondiente.

 

Posibles mensajes del Puesto Móvil al Puesto Central o de Mando

Entro en Banda:

Al entrar en una banda de regulación, el maquinista lo envía.

Conforme:

Se usa para confirmar que se ha comprendido el mensaje que se recibió, actúa como acuse de recibo.

Detenido ante señal:

Se envía si se encuentra detenido en un indicador de vía distinta a la ruta
que debe tomar el tren o cuando se encuentra en una señal en rojo a la entrada
de una estación para pedir vía.

Avería señalización:

Anormalidad detectada en las señales luminosas.

Detenido tren:

Cuando el tren se halle detenido por arrollamientos, averías, falta de tensión, incendio en la vía, o enganche de pantógrafo.

Sigo Marcha:

Cuando después de la anormalidad retome la marcha.

Emergencia:

Rebase indebido de señales que indican parada, conatos de colisión,  arrollamientos en paso a nivel, descarrilamientos, colisiones, accidentes con
víctimas, incendios en el tren…

Incidencia:

Barreras abiertas, avería eléctrica, descomposición de cargamento,
golpes o deformaciones en la vía, y circunstacias no incluídas en “DETENIDO
TREN”, “AVERIA SEÑALIZACIÓN”, o “EMERGENCIA”.

Pido Hablar:

Cuando lo que se quiere comunicar al puesto de control no se encuentra en la lista de mensajes, o cuando se quiere dar información complementaria a otro mensaje, puede ser necesario hablar con los agentes de circulación del puesto de control usando el teléfono que viene acoplado en el terminal.

PETIC. TREN HABLA (por megáfono):

Espera órdenes verbales del puesto de control por el altavoz del terminal.

 

POSIBLES MENSAJES DEL PUESTO CEntral o de mando al puesto móvil

Hable :

Reserva el canal a este Puesto Móvil  para comunicación por voz, que el
maquinista realiza descolgando el teléfono (el resto de Puestos Móviles ven el canal ocupado) y no pueden usarlo.

Conex Megaf:

Reserva el canal a este Puesto Móvil para comunicación por voz unidireccional para dar órdernes del Puesto de Control al Puesto Móvil a través del altavoz (el resto de Puestos Móviles ven el canal ocupado) y no pueden utilizarlo.

Supres. Parada:

Ordena no realizar parada en la próxima estación.

Reduz. Marcha:

Ordena reducir al 50% la velocidad con el fin de distanciarse del tren que circula delante.

Atento Señal:

Si el Puesto Móvil envió un mensaje “DETENIDO SEÑAL” o si se considera que
se debe avisar al maquinista de las circunstancias que provocan aquel mensaje,
aunque no se haya enviado desde el Puesto Móvil.

Baje Pantógrafo:

Ordena bajar el pantógrafo.

Suba Pantógrafo:

Ídem pero para subirlo.

Alto Urgente:

Ordena parada inmediata y envío del mensaje “PIDO HABLAR” por parte del maquinista.

Llamada General:

Se activa el megáfono de todos los puestos móviles para dar órdenes a todos a la vez.

 

Evolución

Anteriormente a la aparición de la FM y desde 1836 el único medio de que
disponía el ferrocarril para las comunicaciones era el telégrafo. En el siglo XX fue sustituido por el teléfono, que las compañías ferroviarias han ido poco a poco instalando en sus trazados y que todavía se conserva para comunicaciones entre estaciones. Hasta la implantación de las radiotransmisiones, la única información rutinaria que podía intercambiarse entre los trenes y las estaciones era en el momento de la parada, en que el jefe de estación entregaba al maquinista un boletín con órdenes y era quien concedía o denegaba el paso al tren, dependiendo del tráfico entre su estación y la contigua, con la que debía mantener contacto teléfonico. Si un tren quedaba parado por avería, atropello, etc. en mitad de la vía, el maquinista se veía obligado a bajar del tren y pinchar la línea con una pértiga que llevaba consigo
siempre, para poder telefonear a la siguiente estación y/o pedir socorro.

Puede parecer arcaico, pero de Sagunt a Teruel hasta hace poco más de cinco años seguía usándose este sistema, y hoy aún queda alguna línea en servicio que lo usa en zonas de montaña, donde no hay cobertura de la red de telefonía móvil.

El perfeccionamiento de la FM que surge en el año 1933 no complementa al
antiguo teléfono como medio de comunicación principal en el ferrocarril hasta el año 1989 en que se publica en RENFE el manual del maquinista del sistema de radio­ telefonía Tren­-Tierra, con fines formativos y vistas a una rápida implantación en todo el material móvil y gran parte de la red de la compañía.
El sistema explicado hasta este punto, es el sistema original Tren-Tierra que
viene usándose desde entonces, pero recientemente ha aparecido un nuevo sistema digital, que funciona de forma similar, y de implantación casi total en España con las diferencias que se mencionan más adelante.
Además cabe decir que el sistema Tren-Tierra que se explica aquí no lo utilizan
los trenes de las líneas de alta velocidad, ya que en estos casos usan una banda de  4Mhz en el sistema GSM­-R. Este sistema permite comunicaciones en tiempo real de todos los puestos móviles de forma concurrente y sin casi intervención del maquinista, que se convierte en un mero observador que debe velar porque no se produzcan anormalidades y cuya tarea se limita a abrir y cerrar las puertas en las estaciones y ordenar al tren que debe iniciar la marcha.

Tren-Tierra Digital

Los terminales actuales son digitales y los mensajes que envían son secuencias
de bits, con el número de tren y todo como ya se ha explicado.
Los bits se modulan mediante FSK a tonos audibles como los que podrían salir
de un módem, que vuelven a modularse en FM para poder ser transmitidos entre el puesto móvil y los puestos fijos.

Al maquinista se le transmite el mensaje en pantalla y se le avisa mediante un tono (como antes) pero no es este tono el que se modula en FM para ser enviado. El aviso sonoro que se escucha en el megáfono del PM cuando llega un mensaje ya no es el tono que se ha transmitido por FM, sino una convención de sonido sintético que los maquinistas ya han aprendido con el anterior sistema y que les permite no mirar la pantalla para saber qué mensaje han recibido.
Cuando se usa el teléfono para hablar (previo intercambio de los mensajes
“PIDO HABLAR” y “HABLE”) ya no se transmiten bits, el terminal del puesto móvil involucrado, al recibir el mensaje “HABLE” conecta el teléfono de cabina
directamente al transmisor FM.
Cuando se usa el altavoz del puesto móvil para recibir órdenes verbales del puesto de control (previo intercambio de los mensajes “PETIC. TREN HABLA” y “CONEX. MEGAF.”) ocurre lo mismo: La modulación FSK desaparece, el sistema de megafonía se conecta a la FM como en el sistema anterior analógico. Cada terminal de los puestos móviles no involucrados, bloquea el altavoz y el teléfono cuando el canal está ocupado con alguna transmisión del puesto central a otro puesto móvil. De este modo, se puede mantener conversación entre el puesto central y un puesto móvil sin que lo escuchen los demás puestos móviles.

Las tasas binarias de este sistema cuando se envían mensajes codificados son
600bps.

Comparativa del Sistema Tren Tierra Clásico VS Digital
Comparativa del Sistema Tren Tierra Clásico VS Digital

Espectro de la señal del Sistema Tren-tierra Digital

 

Escuchar y decodificar el Sistema Tren-Tierra

En la actualidad existen programas informáticos que, conectando un jack
procedente de un receptor FM a una entrada de grabación de la tarjeta de sonido de un ordenador, son capaces de procesar e interpretar los sonidos que se reciben (bits en FSK) a mensajes legibles en pantalla indicando a qué tren van dirigidos o de qué tren proceden, y el mensaje en cuestión. Si se intercambia información hablada, se puede comprobar con el mismo receptor FM que no se usa ningún tipo de codificación y se entiende perfectamente (no hay muestreo de voz ni FSK).

Como los humanos no podemos averiguar a simple escucha qué contiene un paquete de voz, la empresa portuguesa COAA diseñó un programa, que pasándole una señal de tren-tierra decodifica esas señales, que podemos escuchar en forma de pitidos. Dicho programa se llama “Train-Plotter” , funciona bajo Windows (casi todas las versiones) y bajo emulación de Windows (mediante Wine) en los sistemas operativos Linux o Mac Os X.

En la zona de València (en España) donde la Asociació Ferroviària de Godella tiene su sede, podemos escuchar el sistema Tren-Tierra las siguientes frecuencias:

  • 447.650 MHz NFN -> Adif Línea València-La Encina , de València a Xàtiva (canal 66 modo A)
  • 447.900 MHz NFN -> Adif Línea València-Gandía, de València a Gandía
  • 448.325 MHz NFN -> Adif Línea València-Tarragona, de València a Castelló (canal 65 modo A)
  • 448.450 MHz NFN -> Adif Línea València-Aranjuez, de València a Buñol
  • 448.550 MHz NFN -> Adif Línea Sagunt-Calatayud, de Sagunt a ¿?
  • 448.850 MHz NFN-> FGV, Líneas 3 y 5 (toda la línea) (canal 93 modo A)
  • 449.150 MHz NFN-> FGV, Línea 1 (toda la línea) (canal 94 modo A)
  • 457.600 MHz NFN-> Retrocesos València-FSL – València-EN (canal ¿7? modo C)
  • 457.825 MHz NFN-> ‘Cabina’, València Estació del Nord (canal 3 modo C)

NOTA: Interrumpir la emisión en un servicio público como es el ferroviario es un delito y NO DEBE nunca probarse a emitir por estas frecuencias que son de uso exclusivo del sistema ferroviario). Esta información es ilustrativa y se corresponde con las frecuencias reales que funcionan en la actualidad. Si no se encuentra en València, puede sintonizar entre 447 MHz NFN y 450 MHz NFM con el fin de determinar donde se encuentran los canales del sistema Tren-Tierra cercanos a su ubicación.

Decodificación de mensajes Tren-Tierra desde un PC

Para PC existe un programa llamado TrainPlotter (descargable en versión demo de 21 días desde su fabricante,COAA http://www.coaa.co.uk/trainplotter.htm ) y que decodifica señales de audio de Tren-Tierra (de la entrada de línea o del micrófono) con bastante precisión.

Para escuchar el Tren-Tierra debemos realizar los siguientes pasos:

  1. Descargar programa TrainPlotter desde el enlace mencionado anteriormente.
  2. Encender walky talky, scanner o receptor de radio.
  3. Sintonizar y buscar un pitido intenso entre 447 y 450 MHz en la NFM.
  4. Conectar la salida de auriculares o de linea del scanner a la entrada micrófono o línea de nuestro ordenador.
  5. Poner el programa TrainPlotter en marcha y esperar a que ocurra algo.

A continuación se muestran varias capturas del programa TrainPlotter, en las que podemos ver desde la señal de audio que está recibiendo el programa y también la ventana de eventos.

Para poner el programa TrainPlotter a ‘escuchar’ la señal basta con apretar el botón redondo de color verde (visible en la siguiente captura de color gris, pues ya está operando) que está situado en la barra de herramientas del programa (justo debajo de la barra de menús). Al presionar este botón, TrainPlotter estará grabando audio y decodificándolo en tiempo real.

Para verificar que la señal tiene la amplitud y volumen adecuado podemos recorrer las diferentes ventanas de la aplicación (haciendo click en los siguientes tres botones después del botón que presenta un cuadrado negro y sirve para parar la grabación de audio). Debemos comprobar que la señal presenta una forma similar a la mostrada en la siguiente captura de pantalla.

Aspecto de la señal de radio del sistema Tren-Tierra en TrainPlotter
Aspecto de la señal de radio del sistema Tren-Tierra en TrainPlotter
Ventana del Train Plotter donde podemos comprobar la intensidad de la señal
Ventana del Train Plotter donde podemos comprobar la intensidad de la señal

Como el sistema Tren-Tierra tiene menos uso cada día gracias a la extensión de la tecnología móvil GSM y dado que cada maquinista y cada tren va equipado con un teléfono móvil, es posible que al intentar escuchar el canal de Tren-Tierra sólo se escuche un pitido interminable y largo que cada varios segundos se interrumpe con una especie de señal de control (otro pitido) que indica que canal está libre y así durante cierto tiempo hasta que ocurra un evento, por lo que escuchar el canal de Tren-Tierra puede ser muy aburrido y molesto, así que desde aquí recomendamos que se deje el PC encendido un buen rato grabando audio de la entrada de línea o del micrófono, después, mirando los ‘logs’ del programa Train-Plotter buscando eventos con código ’80’ podemos determinar cuando han estado hablando para escuchar ese mismo trozo y eliminar el resto de la grabación, dado que sólo presentará señal de canal libre, muy molesta si se está escuchando unos minutos.

Captura del programa TrainPlotter
Captura del programa TrainPlotter

Muestras de sonido del Tren-Tierra

Para finalizar este artículo, os dejamos con dos muestras de sonido del sistema Tren-Tierra realizadas el  día 12 de Enero de 2013 mediante el programa GQRX y un receptor de Radio Definida por Software (SDR), por privacidad no podemos incluir ninguna comunicación entre Puesto de Mando y tren, que en este caso de la grabación (es en el sistema Tren-Tierra de Ferrocarrils de la Generalitat Valenciana en la frecuencia 449.100 MHz modo NFM) se produjeron mientras se producía audio para ilustrar este artículo.

Señal de canal libre en Tren-Tierra, nótese el cambio de pitido que se produce cada ciertos segundos para indicar a todos los  que el canal sigue libre:

Señal de ‘PIDO HABLAR’ en el sistema de Tren-Tierra:

Bibliografía