Una localizzazione accurata e affidabile è obbligatoria per le applicazioni veicolari critiche per la sicurezza, come i sistemi ERTMS (European Railways Train Management System) e CCAM (Connected, Cooperative, and Automated Mobility) che trainano il mercato. La localizzazione del veicolo si basa su sensori installati a bordo del veicolo con il GNSS che svolge un ruolo primario grazie alla disponibilità di molteplici costellazioni satellitari, tecniche di correzione degli errori e alla localizzazione di precisione in tempo reale RTK e PPP.
La localizzazione basata sul GNSS è messa alla prova dalla mancanza di segnali nei canyon urbani e nelle gallerie ed alla vulnerabilità dei segnali soggetti a interferenze. Risulta necessaria pertanto una maggiore resilienza, continuità e una minore dipendenza da una singola tecnologia. Le piattaforme di localizzazione ad elevata integrità sviluppate da Radiolabs per la guida autonoma, basate sulla fusione dei segnali ricevuti da sensori diversi come IMU, Telecamere, LiDAR, possono essere potenziate con le tecniche di localizzazione basatesu 5G introdotte dagli standard 3GPP Release 16 fino alla 19. Il 5G utilizza larghezze di banda elevate, forme d’onda avanzate e segnali di ranging dedicati, posizionandolo come complemento significativo alla tecnologia GNSS.
GNSS e il posizionamento 5G si basano su architetture di sistema differenti, ma entrambi fanno uso di misure dei segnali RF e condividono diversi principi fondamentali nell’elaborazione del segnale e nella stima della posizione.
Questa convergenza ha il potenziale di attirare l’interesse dall’industria ferroviaria per realizzare l’ASTP – Advanced Safe Train Positioning, un dispositivo autonomo specificato per l’ERTMS per migliorare le prestazioni di localizzazione del treno, sfruttando la fusione multi-sensore inclusi GNSS e IMU.
Radiolabs – pioniere nell’utilizzo del GNSS e del satcom per i sistemi di localizzazione dei treni e con un piano di sviluppo sinergico per i domini ferroviari e automotive ha presentato alla Conferenza ION-Pacific PNT 2026 la novità della localizzazione 5G con un articolo dal titolo New train positioning with 5G-FRMCS and GNSS-IMU.
L’innovazione consiste nel combinare le consolidate tecnologie GNSS con il 5G, essendo il 5G stesso la tecnologia di base dell’FRMCS – il nuovo standard per sostituire la rete di telecomunicazioni GSM-R ormai obsoleta dell’ERTMS.
Il 5G dovrebbe essere considerato non semplicemente come un “segnale di opportunità”, ma piuttosto come un componente integrante di un sistema di localizzazione dei treni multi-sensore, secondo Valeria Ioannucci di Radiolabs, che ha presentato l’articolo.
Questa nuova piattaforma di localizzazione può essere implementata sia quando la rete FRMCS è di proprietà e gestita dall’operatore dell’infrastruttura ferroviaria (come nel caso del GSM-R) sia quando il servizio FRMCS è fornito da un operatore di rete mobile esterno. Inoltre, questa tecnica è compatibile con le future alternative al GNSS basate su costellazioni LEO-PNT, contribuendo al paradigma di sistema di sistemi, in cui tecnologie spaziali e non spaziali diverse sono integrate senza soluzione di continuità per migliorare la resilienza e l’autonomia, ampliando al contempo la copertura complessiva.
La diffusione del 5G all’interno del FRMCS rappresenta un incentivo a migliorare la robustezza dell’attuale architettura GNSS-IMU dell’ASTP, legato alla disponibilità dei segnali GNSS. L’architettura sviluppata da Radiolabs, ha aggiunto Ioannucci, è in grado di garantire un protection level di 10 m (SIL 4) anche in assenza dei segnali GNSS che rappresenta il requisito più critico per l’ASTP.
Inoltre, ha aggiunto che la soluzione Sidelink Round-Trip Time (SL-RTTS) è stata scelta per la robustezza e requisiti di sincronizzazione meno stringenti a seguito di una analisi comparativa tra possibili soluzioni alternative basate sul 5G. La localizzazione Sidelink si basa su scambi diretti di segnali da dispositivo a dispositivo, in cui l’utente (UE) esegue misurazioni di localizzazione senza necessariamente coinvolgere l’infrastruttura di rete nella fase di trasmissione radio. In questo paradigma, le UE selezionate agiscono come ancore trasmettendo o ricevendo segnali di riferimento per la localizzazione SL, mentre una UE target misura tempo, angolo o osservabili legati alla potenza da questi segnali. Con l’introduzione della Release 18, le capacità di localizzazione sono state estese alle comunicazioni Sidelink attraverso la definizione di un nuovo segnale di riferimento, ossia il Sidelink Positioning Reference Signal (SL PRS). Questo segnale consente alle UE di eseguire misurazioni di localizzazione basate su Sidelink, supportando diverse tecniche di localizzazione.
Questa piattaforma di localizzazione del treno garantisce elevate prestazioni di integrità, anche in assenza di segnali GNSS, grazie ad un’architettura ridondante basata su due set di sensori indipendenti e catene di elaborazione associate.
Le prestazioni della catena di posizionamento FRMCS sono state valutate in configurazione autonoma, al fine di rappresentare uno scenario operativo di riferimento per l’analisi dei limiti prestazionali del sistema.
Il sistema di comunicazione Sidelink è rappresentato da un dispositivo mobile utente, indicato come UET, installato a bordo del treno, e un insieme di K Unità di Riferimento di Posizione (PRU) fisse distribuite lungo il binario, indicate come PRUk, k = 1, …, K.
Con queste ipotesi, una configurazione con PRU distanziate di 5 km con una deviazione standard dell’errore di misurazione RTT nominale σRTT1000 = 0,5 m a 1 km, permette di mantenere l’errore di stima della posizione entro valori compatibili con il Protection Level di 10 m (SIL-4) dell’ASTP. Al contrario, possono essere utilizzati distanziamenti maggiori delle PRU, per le tratte in cui è richiesto il Protection Level di 60 m, o un distanziamento più ravvicinato nelle tratte ferroviarie dove c’è la necessità di avere una maggiore accuratezza per la discriminazione dei binari paralleli.
Guardando al futuro, Radiolabs proseguirà questa ricerca con l’obiettivo di rendere più resiliente la funzione di localizzazione, riducendone al contempo la dipendenza da una singola tecnologia.
