专业文章|铁路5G-R研发关键问题探讨
注：本文为期刊公众号简版，完整版已发群内自取。
作者：
姜永富，中国国家铁路集团有限公司工电部
0 引言
2020年8月，中国国家铁路集团有限公司（简称国铁集团）发布《新时代交通强国铁路先行规划纲要》，明确提出“加强5G通信网络、大数据、区块链、物联网等新型基础设施的建设和应用，丰富应用场景，延伸产业链条，统筹推进铁路新一代移动通信专网建设，构建泛在先进、安全高效的现代铁路信息基础设施体系”。为落实规划纲要，国铁集团先后印发《国铁集团关于加快推进5G技术铁路应用发展的实施意见》《铁路5G技术应用科技攻关三年行动计划》，全面、系统地部署铁路5G技术应用，以及铁路5G-R技术研究和系统研发等工作。几年来，国铁集团加快推进科技创新，开展了《铁路5G公专网融合应用通信技术研究》《基于2100MHz频率的铁路5G-R技术体系及关键技术研究》等系列科研课题研究，陆续发布《铁路5G专用移动通信（5G-R）系统需求暂行规范》《铁路5G专网业务和功能需求暂行规范》，频率研究、频率协调和系统重大技术装备的研发工作取得重要进展。借鉴我国铁路GSM-R系统研发和实践，提出铁路5G-R技术研发的几个关键性问题以及解决的方法和思路。
1 扎实开展频率研究是发展铁路5G-R的关键
无线电频率是发展无线电技术的基础资源，开展铁路5G-R技术研究，特别是面向后续的系统运行，必须统筹我国铁路5G-R频率规划。新中国成立以来，铁路专用的无线电频率主要集中在400MHz和450~470MHz频段，用于列车无线调度通信、站场平面调车、客货运输及养护维修等对讲通信业务。2003年，为满足高速铁路发展CTCS-3级列车运行控制系统需要，原铁道部在原信息产业部和中国移动通信集团公司（简称中国移动通信）的大力支持下，得到中国移动通信分配的900MHz“黄金频段”，发展了我国铁路第2代专用移动通信GSM-R。自此，我国铁路专用移动通信实现了数字化、网络化升级换代，铁路新线建设全面采用GSM-R，传统的模拟制式无线列调系统也逐年进行GSM-R改造。截至2021年底，GSM-R覆盖线路里程（含在建）达到8.9万km，GSM-R用户数超过35万，铁路无线专网技术发展走向快车道。
2 结合铁路应用需求进行定制开发是确保铁路 5G-R稳定运用的重要基础
与5G公网的蜂窝组网方式不同，铁路5G-R沿铁路线进行部署，组网方式是典型的链状方式。在承载业务方面，铁路5G-R主要承载高速铁路列车运行控制系统、重载组合列车的机车同步控制和调度通信、列车进路预告、调度命令信息等，承载当前GSM-R承载的全部业务，后续还将用于监测检测、移动视频、列车防护等业务，业务流向以车对地通信为主，对终端设备的高速适应性、系统的安全性和可靠性要求更高，无线网组网方式需要提供更高的冗余能力，核心网的部署也需要与铁路的生产方式、组织架构相适应。因此，铁路5G-R系统和相关设备的研发必须结合铁路实际需要，在3GPP标准和规范的基础上予以完善。
2.1 推进5G-R基站设备统型
GSM-R系统建设时，除直放站设备外，普遍采用公网成熟的宏基站和分布式基站设备，但在铁路应用的定制化改造方面有所不足。因此，有必要在相关标准、规范的基础上，针对铁路正线（室外）、场站内（室内）、隧道等典型应用场景，研发铁路专用的5G基站产品，推进铁路5G-R基站设备统型，既实现基站设备主要板件主备或负荷分担冗余，又满足高铁和普速铁路不同传输组网的可靠性要求。
2.2 优化5G-R终端相关技术
铁路5G-R的频率配置远低于公网5G系统，从各国铁路实际运用情况看，2×5MHz或2×10MHz带宽较普遍。我国GSM-R系统配置了2×4MHz带宽，初期运用时，终端和模组全面引进欧洲产品，除列控系统、调度通信专用的车载通信模组外，通用的数据模组和手机终端在技术上与公网模组和终端无明显区别，在铁路枢纽或多线交汇、交越地段等复杂场景下开机入网。在小区选择时，往往不能准确驻留到当前小区，影响调度命令传送、车次号校核信息传送、CN新型列控系统等业务应用，有必要结合铁路实际需要，优化模组和终端设备的小区选择方式，确保开机时准确选择当前服务基站。
2.3 优化铁路5G-R规划布局
铁路5G-R是行业专网，直接用于铁路运输生产，支撑和服务列车运行控制、调度指挥通信等关键业务。当前，GSM-R系统在18个铁路局集团公司分别部署了核心网，部分全网共用设备采取异地集中部署方案，与铁路的生产方式、组织架构结合紧密，既体现铁路专网全程全网运行、集中统一管理原则，又适应铁路两级企业治理结构，落实安全主体责任。因此，有必要沿用该原则，将5GC和MCx设备部署于铁路局集团公司。
3 结束语
铁路5G-R技术研究和设备研发是一项系统性重大工程，在研究和研发过程中，必须坚持与铁路实际相结合的原则，优先解决关键业务需求；要不断总结当前GSM-R系统建设、运用和管理中存在的疑难问题，吸取经验和教训，从源头上提出解决方案。按照国铁集团《铁路5G技术应用科技攻关三年行动计划》，下一步需要在国家有关部门的支持下，结合国铁集团相关科研课题和现场试验，验证铁路5G-R频率方案以及与邻频段相关系统的兼容共存要求，提出解决措施。同时，要深化系统技术研究和装备研发，制定适合我国铁路实际需要的铁路5G-R技术标准体系，在无线网设备、模组和终端产品、关键业务系统和运维支撑系统等方面，创新关键技术装备，尽快推进现场试验验证，为新时代我国铁路5G-R技术发展打好基础。
来源：《中国铁路》编辑部
