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作者：

姜永富，中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司工電部

0 引言

2020年8月，中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱國(guó)鐵集團(tuán)）發(fā)布《新時(shí)代交通強(qiáng)國(guó)鐵路先行規(guī)劃綱要》，明確提出“加強(qiáng)5G通信網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)等新型基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和應(yīng)用，豐富應(yīng)用場(chǎng)景，延伸產(chǎn)業(yè)鏈條，統(tǒng)籌推進(jìn)鐵路新一代移動(dòng)通信專網(wǎng)建設(shè)，構(gòu)建泛在先進(jìn)、安全高效的現(xiàn)代鐵路信息基礎(chǔ)設(shè)施體系”。為落實(shí)規(guī)劃綱要，國(guó)鐵集團(tuán)先后印發(fā)《國(guó)鐵集團(tuán)關(guān)于加快推進(jìn)5G技術(shù)鐵路應(yīng)用發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)》《鐵路5G技術(shù)應(yīng)用科技攻關(guān)三年行動(dòng)計(jì)劃》，全面、系統(tǒng)地部署鐵路5G技術(shù)應(yīng)用，以及鐵路5G-R技術(shù)研究和系統(tǒng)研發(fā)等工作。幾年來(lái)，國(guó)鐵集團(tuán)加快推進(jìn)科技創(chuàng)新，開(kāi)展了《鐵路5G公專網(wǎng)融合應(yīng)用通信技術(shù)研究》《基于2100MHz頻率的鐵路5G-R技術(shù)體系及關(guān)鍵技術(shù)研究》等系列科研課題研究，陸續(xù)發(fā)布《鐵路5G專用移動(dòng)通信（5G-R）系統(tǒng)需求暫行規(guī)范》《鐵路5G專網(wǎng)業(yè)務(wù)和功能需求暫行規(guī)范》，頻率研究、頻率協(xié)調(diào)和系統(tǒng)重大技術(shù)裝備的研發(fā)工作取得重要進(jìn)展。借鑒我國(guó)鐵路GSM-R系統(tǒng)研發(fā)和實(shí)踐，提出鐵路5G-R技術(shù)研發(fā)的幾個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題以及解決的方法和思路。

1 扎實(shí)開(kāi)展頻率研究是發(fā)展鐵路5G-R的關(guān)鍵

無(wú)線電頻率是發(fā)展無(wú)線電技術(shù)的基礎(chǔ)資源，開(kāi)展鐵路5G-R技術(shù)研究，特別是面向后續(xù)的系統(tǒng)運(yùn)行，必須統(tǒng)籌我國(guó)鐵路5G-R頻率規(guī)劃。新中國(guó)成立以來(lái)，鐵路專用的無(wú)線電頻率主要集中在400MHz和450~470MHz頻段，用于列車無(wú)線調(diào)度通信、站場(chǎng)平面調(diào)車、客貨運(yùn)輸及養(yǎng)護(hù)維修等對(duì)講通信業(yè)務(wù)。2003年，為滿足高速鐵路發(fā)展CTCS-3級(jí)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)需要，原鐵道部在原信息產(chǎn)業(yè)部和中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司（簡(jiǎn)稱中國(guó)移動(dòng)通信）的大力支持下，得到中國(guó)移動(dòng)通信分配的900MHz“黃金頻段”，發(fā)展了我國(guó)鐵路第2代專用移動(dòng)通信GSM-R。自此，我國(guó)鐵路專用移動(dòng)通信實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化升級(jí)換代，鐵路新線建設(shè)全面采用GSM-R，傳統(tǒng)的模擬制式無(wú)線列調(diào)系統(tǒng)也逐年進(jìn)行GSM-R改造。截至2021年底，GSM-R覆蓋線路里程（含在建）達(dá)到8.9萬(wàn)km，GSM-R用戶數(shù)超過(guò)35萬(wàn)，鐵路無(wú)線專網(wǎng)技術(shù)發(fā)展走向快車道。

2 結(jié)合鐵路應(yīng)用需求進(jìn)行定制開(kāi)發(fā)是確保鐵路 5G-R穩(wěn)定運(yùn)用的重要基礎(chǔ)

與5G公網(wǎng)的蜂窩組網(wǎng)方式不同，鐵路5G-R沿鐵路線進(jìn)行部署，組網(wǎng)方式是典型的鏈狀方式。在承載業(yè)務(wù)方面，鐵路5G-R主要承載高速鐵路列車運(yùn)行控制系統(tǒng)、重載組合列車的機(jī)車同步控制和調(diào)度通信、列車進(jìn)路預(yù)告、調(diào)度命令信息等，承載當(dāng)前GSM-R承載的全部業(yè)務(wù)，后續(xù)還將用于監(jiān)測(cè)檢測(cè)、移動(dòng)視頻、列車防護(hù)等業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)流向以車對(duì)地通信為主，對(duì)終端設(shè)備的高速適應(yīng)性、系統(tǒng)的安全性和可靠性要求更高，無(wú)線網(wǎng)組網(wǎng)方式需要提供更高的冗余能力，核心網(wǎng)的部署也需要與鐵路的生產(chǎn)方式、組織架構(gòu)相適應(yīng)。因此，鐵路5G-R系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)備的研發(fā)必須結(jié)合鐵路實(shí)際需要，在3GPP標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的基礎(chǔ)上予以完善。

2.1 推進(jìn)5G-R基站設(shè)備統(tǒng)型

GSM-R系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，除直放站設(shè)備外，普遍采用公網(wǎng)成熟的宏基站和分布式基站設(shè)備，但在鐵路應(yīng)用的定制化改造方面有所不足。因此，有必要在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的基礎(chǔ)上，針對(duì)鐵路正線（室外）、場(chǎng)站內(nèi)（室內(nèi)）、隧道等典型應(yīng)用場(chǎng)景，研發(fā)鐵路專用的5G基站產(chǎn)品，推進(jìn)鐵路5G-R基站設(shè)備統(tǒng)型，既實(shí)現(xiàn)基站設(shè)備主要板件主備或負(fù)荷分擔(dān)冗余，又滿足高鐵和普速鐵路不同傳輸組網(wǎng)的可靠性要求。

2.2 優(yōu)化5G-R終端相關(guān)技術(shù)

鐵路5G-R的頻率配置遠(yuǎn)低于公網(wǎng)5G系統(tǒng)，從各國(guó)鐵路實(shí)際運(yùn)用情況看，2×5MHz或2×10MHz帶寬較普遍。我國(guó)GSM-R系統(tǒng)配置了2×4MHz帶寬，初期運(yùn)用時(shí)，終端和模組全面引進(jìn)歐洲產(chǎn)品，除列控系統(tǒng)、調(diào)度通信專用的車載通信模組外，通用的數(shù)據(jù)模組和手機(jī)終端在技術(shù)上與公網(wǎng)模組和終端無(wú)明顯區(qū)別，在鐵路樞紐或多線交匯、交越地段等復(fù)雜場(chǎng)景下開(kāi)機(jī)入網(wǎng)。在小區(qū)選擇時(shí)，往往不能準(zhǔn)確駐留到當(dāng)前小區(qū)，影響調(diào)度命令傳送、車次號(hào)校核信息傳送、CN新型列控系統(tǒng)等業(yè)務(wù)應(yīng)用，有必要結(jié)合鐵路實(shí)際需要，優(yōu)化模組和終端設(shè)備的小區(qū)選擇方式，確保開(kāi)機(jī)時(shí)準(zhǔn)確選擇當(dāng)前服務(wù)基站。

2.3 優(yōu)化鐵路5G-R規(guī)劃布局

鐵路5G-R是行業(yè)專網(wǎng)，直接用于鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)，支撐和服務(wù)列車運(yùn)行控制、調(diào)度指揮通信等關(guān)鍵業(yè)務(wù)。當(dāng)前，GSM-R系統(tǒng)在18個(gè)鐵路局集團(tuán)公司分別部署了核心網(wǎng)，部分全網(wǎng)共用設(shè)備采取異地集中部署方案，與鐵路的生產(chǎn)方式、組織架構(gòu)結(jié)合緊密，既體現(xiàn)鐵路專網(wǎng)全程全網(wǎng)運(yùn)行、集中統(tǒng)一管理原則，又適應(yīng)鐵路兩級(jí)企業(yè)治理結(jié)構(gòu)，落實(shí)安全主體責(zé)任。因此，有必要沿用該原則，將5GC和MCx設(shè)備部署于鐵路局集團(tuán)公司。

3 結(jié)束語(yǔ)

鐵路5G-R技術(shù)研究和設(shè)備研發(fā)是一項(xiàng)系統(tǒng)性重大工程，在研究和研發(fā)過(guò)程中，必須堅(jiān)持與鐵路實(shí)際相結(jié)合的原則，優(yōu)先解決關(guān)鍵業(yè)務(wù)需求；要不斷總結(jié)當(dāng)前GSM-R系統(tǒng)建設(shè)、運(yùn)用和管理中存在的疑難問(wèn)題，吸取經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，從源頭上提出解決方案。按照國(guó)鐵集團(tuán)《鐵路5G技術(shù)應(yīng)用科技攻關(guān)三年行動(dòng)計(jì)劃》，下一步需要在國(guó)家有關(guān)部門的支持下，結(jié)合國(guó)鐵集團(tuán)相關(guān)科研課題和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，驗(yàn)證鐵路5G-R頻率方案以及與鄰頻段相關(guān)系統(tǒng)的兼容共存要求，提出解決措施。同時(shí)，要深化系統(tǒng)技術(shù)研究和裝備研發(fā)，制定適合我國(guó)鐵路實(shí)際需要的鐵路5G-R技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，在無(wú)線網(wǎng)設(shè)備、模組和終端產(chǎn)品、關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)和運(yùn)維支撐系統(tǒng)等方面，創(chuàng)新關(guān)鍵技術(shù)裝備，盡快推進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證，為新時(shí)代我國(guó)鐵路5G-R技術(shù)發(fā)展打好基礎(chǔ)。

來(lái)源：《中國(guó)鐵路》編輯部