UNITesi

This thesis addresses the structural, regulatory, and design analysis of a railway radio coverage system, with particular reference to GSM-R communication infrastructures and radio propagation systems in tunnels. The work is divided into three main sections, which intertwine legal, technological, and engineering aspects, outlining a comprehensive picture of the evolution of railway telecommunications and their strategic role in the safety and efficiency of rail transport. The first chapter examines the evolution of the regulatory framework for public works, with particular attention to the so-called "special sectors," including the railway sector. The analysis begins with the Merloni Law of 1994 and concludes with the recent Legislative Decree 36/2023, which introduced a new Public Contracts Code inspired by the principles of results, trust, and market access. The reform reduced the design stages from three to two (Technical-Economic Feasibility Project and Executive Project), provided for greater digitalization of procedures, and strengthened the role of contracting authorities and the RUP (Project Manager). In the railway sector, these rules apply within a framework of regulated autonomy, governed by the program contract between the Ministry of Infrastructure and RFI, which ensures consistency, planning, and traceability of the works. The second chapter explores the role of telecommunications in the modern railway system, considered a strategic infrastructure element on a par with signaling and electric traction. TLC networks, consisting of fiber optic backbones, IP/MPLS network equipment, and GSM-R radio systems, ensure ground-to-train communication, remote system control, emergency management, and the transport of safety system data (SCMT and ETCS). The main components of transmission systems—antennas, radiating cables, optical fibers, and network equipment—are analyzed, highlighting their functional integration and compliance with the technical and regulatory requirements imposed by the Contracts Code and RFI regulations. The third chapter focuses on the design of radio coverage in tunnels, an area that represents one of the most critical challenges for railway engineering. The lack of natural propagation of electromagnetic waves requires the implementation of dedicated systems based on radiating cables, Remote Radio Heads (RRHs), optical amplifiers, and redundant architectures. The discussion focuses on design criteria, sizing methodologies, attenuation checks, and handover strategies managed by the BSC (Base Station Controller). Particular attention is paid to RFI TT598 and TT620 regulations, which define field thresholds, attenuation limits, and testing methods to ensure continuity, safety, and reliability of the GSM-R signal along the entire route. Finally, a technical and economic comparison is proposed between different radio site architectures (antenna-only, hybrid, and fully radiating), analyzing their advantages, limitations, and areas of application. The analysis shows that the radiating cable solution represents the best performing scheme for long or strategic tunnels, despite requiring greater initial investment. The conclusions underscore the central role of telecommunications as a critical infrastructure for the safety and operational continuity of the railway system. Growing digitalization and the future transition to the FRMCS (Future Railway Mobile Communication System) standard will open new development prospects, oriented toward an increasingly connected, resilient, and integrated railway system within the paradigms of digital engineering and smart mobility.

La presente tesi affronta l’analisi strutturale, normativa e progettuale di un sistema di radio copertura in ambito ferroviario, con particolare riferimento alle infrastrutture di comunicazione GSM-R e ai sistemi di radiopropagazione in galleria. Il lavoro si articola in tre sezioni principali, che intrecciano aspetti giuridici, tecnologici e ingegneristici, delineando un quadro complessivo dell’evoluzione delle telecomunicazioni ferroviarie e del loro ruolo strategico per la sicurezza e l’efficienza del trasporto su rotaia. Il primo capitolo esamina l’evoluzione del quadro normativo in materia di lavori pubblici, con particolare attenzione ai cosiddetti “settori speciali”, tra cui quello ferroviario. L’analisi parte dalla Legge Merloni del 1994 e giunge al recente Decreto Legislativo 36/2023, che ha introdotto un nuovo Codice dei Contratti Pubblici ispirato ai principi di risultato, fiducia e accesso al mercato. La riforma ha ridotto i livelli di progettazione da tre a due (Progetto di Fattibilità Tecnico-Economica e Progetto Esecutivo), ha previsto una maggiore digitalizzazione delle procedure e ha rafforzato il ruolo delle stazioni appaltanti e del RUP. In ambito ferroviario, tali norme trovano applicazione in un contesto di autonomia regolata, disciplinato dal contratto di programma tra il Ministero delle Infrastrutture e RFI, che garantisce coerenza, pianificazione e tracciabilità delle opere. Nel secondo capitolo viene approfondito il ruolo delle telecomunicazioni nel sistema ferroviario moderno, considerate elemento infrastrutturale strategico al pari del segnalamento e della trazione elettrica. Le reti TLC, costituite da dorsali in fibra ottica, apparati di rete IP/MPLS e sistemi radio GSM-R, assicurano la comunicazione terra–treno, il telecontrollo degli impianti, la gestione dell’emergenza e il trasporto dei dati dei sistemi di sicurezza (SCMT ed ETCS). Vengono analizzati i principali componenti dei sistemi trasmissivi – antenne, cavi radianti, fibre ottiche e apparati di rete – evidenziando la loro integrazione funzionale e la conformità ai requisiti tecnici e normativi imposti dal Codice dei Contratti e dalle prescrizioni RFI. Il terzo capitolo è dedicato alla progettazione della copertura radio in galleria, ambito che rappresenta una delle sfide più critiche per l’ingegneria ferroviaria. L’assenza di propagazione naturale delle onde elettromagnetiche impone la realizzazione di sistemi dedicati basati su cavi radianti, RRH (Remote Radio Head), amplificatori ottici e architetture ridondate. La trattazione si concentra sui criteri di progettazione, sulle metodologie di dimensionamento, sulle verifiche di attenuazione e sulle strategie di handover gestite dalla BSC (Base Station Controller). Particolare attenzione è riservata alle normative RFI TT598 e TT620, che definiscono le soglie di campo, i limiti di attenuazione e le modalità di collaudo per garantire continuità, sicurezza e affidabilità del segnale GSM-R lungo tutto il tracciato. Infine, viene proposto un confronto tecnico–economico tra diverse architetture di sito radio (a sole antenne, ibride e integralmente radianti), analizzandone vantaggi, limiti e ambiti di applicazione. Dall’analisi emerge come la soluzione con cavo radiante rappresenti lo schema più performante per gallerie lunghe o strategiche, pur richiedendo maggiori investimenti iniziali. Le conclusioni sottolineano il ruolo centrale delle telecomunicazioni come infrastruttura critica per la sicurezza e la continuità operativa del sistema ferroviario. La digitalizzazione crescente e la futura transizione verso lo standard FRMCS (Future Railway Mobile Communication System) apriranno nuove prospettive di sviluppo, orientate a una ferrovia sempre più connessa, resiliente e integrata nei paradigmi dell’ingegneria digitale e della mobilità intelligente.

ANALISI STRUTTURALE DI UN SISTEMA DI RADIO COPERTURA

ROMANO, FABIO
2024/2025

Abstract

This thesis addresses the structural, regulatory, and design analysis of a railway radio coverage system, with particular reference to GSM-R communication infrastructures and radio propagation systems in tunnels. The work is divided into three main sections, which intertwine legal, technological, and engineering aspects, outlining a comprehensive picture of the evolution of railway telecommunications and their strategic role in the safety and efficiency of rail transport. The first chapter examines the evolution of the regulatory framework for public works, with particular attention to the so-called "special sectors," including the railway sector. The analysis begins with the Merloni Law of 1994 and concludes with the recent Legislative Decree 36/2023, which introduced a new Public Contracts Code inspired by the principles of results, trust, and market access. The reform reduced the design stages from three to two (Technical-Economic Feasibility Project and Executive Project), provided for greater digitalization of procedures, and strengthened the role of contracting authorities and the RUP (Project Manager). In the railway sector, these rules apply within a framework of regulated autonomy, governed by the program contract between the Ministry of Infrastructure and RFI, which ensures consistency, planning, and traceability of the works. The second chapter explores the role of telecommunications in the modern railway system, considered a strategic infrastructure element on a par with signaling and electric traction. TLC networks, consisting of fiber optic backbones, IP/MPLS network equipment, and GSM-R radio systems, ensure ground-to-train communication, remote system control, emergency management, and the transport of safety system data (SCMT and ETCS). The main components of transmission systems—antennas, radiating cables, optical fibers, and network equipment—are analyzed, highlighting their functional integration and compliance with the technical and regulatory requirements imposed by the Contracts Code and RFI regulations. The third chapter focuses on the design of radio coverage in tunnels, an area that represents one of the most critical challenges for railway engineering. The lack of natural propagation of electromagnetic waves requires the implementation of dedicated systems based on radiating cables, Remote Radio Heads (RRHs), optical amplifiers, and redundant architectures. The discussion focuses on design criteria, sizing methodologies, attenuation checks, and handover strategies managed by the BSC (Base Station Controller). Particular attention is paid to RFI TT598 and TT620 regulations, which define field thresholds, attenuation limits, and testing methods to ensure continuity, safety, and reliability of the GSM-R signal along the entire route. Finally, a technical and economic comparison is proposed between different radio site architectures (antenna-only, hybrid, and fully radiating), analyzing their advantages, limitations, and areas of application. The analysis shows that the radiating cable solution represents the best performing scheme for long or strategic tunnels, despite requiring greater initial investment. The conclusions underscore the central role of telecommunications as a critical infrastructure for the safety and operational continuity of the railway system. Growing digitalization and the future transition to the FRMCS (Future Railway Mobile Communication System) standard will open new development prospects, oriented toward an increasingly connected, resilient, and integrated railway system within the paradigms of digital engineering and smart mobility.
2024
STRUCTURAL ANALYSIS OF A RADIO COVERAGE SYSTEM
La presente tesi affronta l’analisi strutturale, normativa e progettuale di un sistema di radio copertura in ambito ferroviario, con particolare riferimento alle infrastrutture di comunicazione GSM-R e ai sistemi di radiopropagazione in galleria. Il lavoro si articola in tre sezioni principali, che intrecciano aspetti giuridici, tecnologici e ingegneristici, delineando un quadro complessivo dell’evoluzione delle telecomunicazioni ferroviarie e del loro ruolo strategico per la sicurezza e l’efficienza del trasporto su rotaia. Il primo capitolo esamina l’evoluzione del quadro normativo in materia di lavori pubblici, con particolare attenzione ai cosiddetti “settori speciali”, tra cui quello ferroviario. L’analisi parte dalla Legge Merloni del 1994 e giunge al recente Decreto Legislativo 36/2023, che ha introdotto un nuovo Codice dei Contratti Pubblici ispirato ai principi di risultato, fiducia e accesso al mercato. La riforma ha ridotto i livelli di progettazione da tre a due (Progetto di Fattibilità Tecnico-Economica e Progetto Esecutivo), ha previsto una maggiore digitalizzazione delle procedure e ha rafforzato il ruolo delle stazioni appaltanti e del RUP. In ambito ferroviario, tali norme trovano applicazione in un contesto di autonomia regolata, disciplinato dal contratto di programma tra il Ministero delle Infrastrutture e RFI, che garantisce coerenza, pianificazione e tracciabilità delle opere. Nel secondo capitolo viene approfondito il ruolo delle telecomunicazioni nel sistema ferroviario moderno, considerate elemento infrastrutturale strategico al pari del segnalamento e della trazione elettrica. Le reti TLC, costituite da dorsali in fibra ottica, apparati di rete IP/MPLS e sistemi radio GSM-R, assicurano la comunicazione terra–treno, il telecontrollo degli impianti, la gestione dell’emergenza e il trasporto dei dati dei sistemi di sicurezza (SCMT ed ETCS). Vengono analizzati i principali componenti dei sistemi trasmissivi – antenne, cavi radianti, fibre ottiche e apparati di rete – evidenziando la loro integrazione funzionale e la conformità ai requisiti tecnici e normativi imposti dal Codice dei Contratti e dalle prescrizioni RFI. Il terzo capitolo è dedicato alla progettazione della copertura radio in galleria, ambito che rappresenta una delle sfide più critiche per l’ingegneria ferroviaria. L’assenza di propagazione naturale delle onde elettromagnetiche impone la realizzazione di sistemi dedicati basati su cavi radianti, RRH (Remote Radio Head), amplificatori ottici e architetture ridondate. La trattazione si concentra sui criteri di progettazione, sulle metodologie di dimensionamento, sulle verifiche di attenuazione e sulle strategie di handover gestite dalla BSC (Base Station Controller). Particolare attenzione è riservata alle normative RFI TT598 e TT620, che definiscono le soglie di campo, i limiti di attenuazione e le modalità di collaudo per garantire continuità, sicurezza e affidabilità del segnale GSM-R lungo tutto il tracciato. Infine, viene proposto un confronto tecnico–economico tra diverse architetture di sito radio (a sole antenne, ibride e integralmente radianti), analizzandone vantaggi, limiti e ambiti di applicazione. Dall’analisi emerge come la soluzione con cavo radiante rappresenti lo schema più performante per gallerie lunghe o strategiche, pur richiedendo maggiori investimenti iniziali. Le conclusioni sottolineano il ruolo centrale delle telecomunicazioni come infrastruttura critica per la sicurezza e la continuità operativa del sistema ferroviario. La digitalizzazione crescente e la futura transizione verso lo standard FRMCS (Future Railway Mobile Communication System) apriranno nuove prospettive di sviluppo, orientate a una ferrovia sempre più connessa, resiliente e integrata nei paradigmi dell’ingegneria digitale e della mobilità intelligente.
GSM-R
IP/MPLS
BINETTI, MARIO
Master
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