铁路5G-R系统覆盖方案研究

基于5G技术的新一代铁路专用移动通信（5G-R）系统已成为铁路智能联接的首选。铁路专用移动通信系统需要解决高可靠性和高速移动性的问题，以及轨道交通枢纽群与场景独特性带来的挑战，因此5G-R系统覆盖方案需结合铁路自身特点开展设计。重点对5G-R系统链路预算、无线组网方案进行研究，探讨分析单BBU和双BBU星型组网、环型组网方案的优缺点及适用场景，并提出在5G-R系统建设初期，GSM-R与5G-R系统共存时的覆盖方案。     

射频拉远单元与天线交叉冗余连接的相关性能分析

为确保高铁列车的运行安全，铁路5G专网（5G-R）需要比5G公网具备更高的可靠性，通过引入基于射频拉远单元（RRU）的交叉连接冗余（CCR）技术，对5G-R系统无线信号覆盖性能的影响进行分析。首先，介绍CCR冗余技术的系统模型，并对相关参数进行分析；其次，通过理论分析和数学建模，探讨这些参数对覆盖性能的影响机制；最后，通过仿真试验验证理论分析的结果，并比较参数偏差对覆盖性能的影响程度。试验结果表明：在参数偏差较大的情况下，RRU的CCR冗余技术会导致铁路5G-R通信系统的覆盖性能降低。     

5G-R无线通信系统承载重载铁路机车同步操控业务研究

基于对重载铁路机车同步操控业务的分析，首先提出5G-R承载机车同步操控业务的网络架构，以及核心网、无线接入网等冗余组网方式。其次从数据路由、会话和服务连续模式、IP地址分配等方面，研究机车同步操控业务在5G-R网络中的实现方式；其中数据路由可采用归属地路由方式，会话和服务连续模式建议采用SSC模式1，对于不同核心网架构给出3种IP地址分配实现方案。最后对既有重载铁路建设5G-R网络进行方案探讨，包括以大秦铁路为例，提出5G-R网络建设方案，以及机车同步操控系统地面设备和车载设备的改造方案；以朔黄线为例，提出与既有业务运用相适应的5G-R网络双网冗余组网且业务负荷分担方案。通过对5G-R系统承载重载铁路机车同步操控业务的网络架构、工程应用等研究和分析，为未来5G-R系统应用于重载铁路提供一些参考。     

5G-R基站间距研究及海外工程实证分析

当前海外多国已经开展铁路5G专用移动通信（5G-R）即下一代铁路移动通信系统（FRMCS）的应用研究，基站间距的问题亟待解决，铁路原采用的无线模型已不再适用。从基础理论入手，通过确定模型、选取参数、路损计算、链路预算等研究，得出基站间距的理论值，并与海外5G-R的试验值比较，剖析天线挂高、基站接收能力、小区边缘速率等关键特性，得出5G-R基站间距结果。将基础理论与工程实践相结合，对部署5G-R提供有力参考。     

面向铁路5G移动通信的SPN与OTN网络融合方案研究

铁路新基建关于5G-R核心网及数据中心的建设规划，对承载网的系统容量、可靠性、业务发展余量、网络性能等提出更高要求，发展新的承载技术势在必行。从业务适配、网络切片、管控系统等方面，对SPN、增强型IP RAN及M-OTN 3种承载网技术分析比较，推荐采用SPN作为铁路5G系统的承载技术，阐述了铁路5G承载网组网需求及架构，并针对不同应用场景接入层提出SPN技术方案。     

铁路5G-R承载技术与组网方案研究

针对铁路5G-R系统组网和业务流量流向等需求，重点分析5G回传网络的切片分组网（SPN）、IP无线接入网2.0版（IP RAN2.0）和分组增强型光传送网（OTN）（含OSU）等3种承载技术方案，提出适用于5G-R的承载技术方案，即优选SPN，可选IP RAN2.0，在标准及产品成熟后可选择分组增强型OTN （含OSU）。回传网络组网方案采用汇聚层和接入层联合承载，汇聚层和接入层采用链型组网、层间多点互联，回传网络保护方案采用SNCP 1+1/1∶1线性保护等保护方案，从而实现大带宽、少跳数、低时延及高可靠承载。     

铁路LTE-R网络冗余组网技术研究

首先,结合话务量计算对LTE-R网络单频组网与双频组网的合理性进行分析,得出单频组网在提高话务量和节省频率资源方面更加优越;其次,研究在不同的频率资源分配方式下,通过载波聚合和上下行频段去耦合等技术实现单频组网;最后,在单频组网条件下,结合跨基带处理单元(BBU)的射频拉远单元(RRU)共小区、接入网共享(RAN-Sharing)等技术在铁路典型应用场景的应用,给出完整的LTE-R网络冗余组网方案,并简要分析了冗余保护过程。     

5G-R系统核心网5GC组网技术和部署方案研究

5GC是5G-R系统核心网的重要网元,是实现5G-R系统承载无线调度通信、列车运行控制、行车指挥、运营维护信息传送等多种应用业务的关键。为了保证各种应用业务的实时性、可靠性、可用性和可维护性,基于国际3GPP规范,分析了5GC架构和网元功能;结合铁路业务需求、维护需求和应用场景,梳理归纳了5GC组网原则;研究各铁路局集团公司5GC规划部署方案,提出了5GC云平台架构和建设方式等建议;结合5GC网元功能和组网技术,提出了5GC各网络功能容灾备份组网方案建议,AMF/SMF/UPF等网络功能可采用负荷分担方式,其他网络功能宜采用主备工作方式。     

5G-R核心网容灾组网方案及关键技术研究

铁路5G专网是我国铁路新一代移动通信系统，正处于科技攻关阶段。为规范核心网组网，明确设备技术要求，确保系统服务质量符合要求，核心网容灾组网方案亟待研究。首先，在调研分析铁路需求基础上，研究提出5G-R核心网规划方案；其次，研究组网关键技术，包括设备故障检测方式、参数设置和网元容灾备份部署方式及其适用性；然后，结合网元作用和接口协议，重点研究并提出4种网元容灾备份组网方案；最后，依托研发实验室进行测试验证。试验表明，网元故障时，系统自动倒换，网元故障倒换时间与设置的故障检测时长相关，建议小于20 s。建议将来在实际应用中，综合考虑网元的平均无故障恢复时间(MTBF)、交互心跳的性能处理能力等因素，进一步优化调整。     

铁路5G-R基础设施管理系统研究

铁路5G-R系统具有基站布设密集、核心网采用云架构部署等特点，对基础设施运行的稳定性要求更高，导致运维难度有所提升。本文引入数据中心行业基础设施管理系统的概念，研究设置基础设施管理系统与铁路5G-R运维系统的互联接口，实现基础设施与5G-R运维系统的数据互通，形成有效的运维综合分析基础，有助于提升铁路5G-R的运维水平，为保障铁路5G-R安全可靠运行创造条件。     

基于射线跟踪与离开角空间聚类的5G-R网络优化技术研究

当前反复“路测-调整”的传统无线网络优化方式难以满足铁路5G专用移动通信系统（5G-R）的网络优化需求。面向京沈铁路干线场景，在确定了射线跟踪传播机理模型后，进行了5G-R无线信道建模仿真，提出一种基于射线跟踪与离开角空间聚类的网络优化算法。该算法以全向天线仿真结果为基础，使用K-means++算法对射线跟踪仿真的角度-能量域数据进行聚类，将水平离开角的空间聚类中心作为扇区方位角；结合水平离开角的聚类中心与高铁行车路径的空间位置关系，计算相应扇区的下倾角；以上述基于射线跟踪与离开角空间聚类的结果为初值，基于粒子群算法进行优化迭代，高效地完成铁路干线场景下的5G-R网络优化。结果表明，在相同的计算资源和仿真条件下，基于射线跟踪与离开角空间聚类的5G-R网络优化算法对比直接使用粒子群算法，在收敛速度方面提升了约10%，在优化效果方面提升了约30%。该方法针对铁路干线场景能够实现在迭代计算次数更少的情况下，给出更好的网络优化方案，为未来建设高质量5G-R通信系统提供技术积累和参考。     

5G-R高铁车站场景MIMO天线阵列结构与传输性能研究

面向5G-R高铁车站应用场景,在2 155～2 165 MHz频段采用射线跟踪仿真技术,对4种不同天线阵列排布方式的MIMO系统多层传输性能进行对比研究。通过研究采取不同收发端天线阵列排布方式时的信道相关性,计算每个接收点位所能达到的MIMO系统最大传输层数,获取各层数对应的信噪比,计算在不同调制方式、不同天线排布方式下每个接收点位的下行峰值传输速率,确定面向5G-R高铁车站场景的MIMO系统最佳传输层数。仿真验证结果表明,面向5G-R频段高铁车站应用场景,基站端采用线阵、车载端采用方阵排列,可取得最佳峰值传输速率。研究结果可为5G-R专网建设中高铁车站部署MIMO系统提供技术积累和理论依据。     

5G公网铁路专用网络架构及安全部署方案

为解决5G公网网络稳定性不足，且5G-R频谱与网络资源受限的问题，通过分析3种5G专用网络部署方案的特点，并结合铁路业务对5G非公共网络组网的需求，基于公网集成非公共网络模式（PNI-NPN），探讨适用于铁路行业的5G公网专用部署方案，分析研究其可行性及应用前景；针对5G公网专用方案，提出相应的安全需求。该方案的探讨为铁路5G网络信息化建设提供参考。     

摆式列车加速度检测系统中的传感器容错研究

准确可靠地获得剩余离心加速度对于摆式列车正确的倾摆和安全运行至关重要，计算了加速度检测系统在综合可靠性下的最优并联传感器数，针对传感器的失效过程和形式，确定了传感器故障的决策逻辑和故障判断的门限参数，实例仿真表明，多单元硬件冗余和相应的故障决策逻辑对于提高摆式列车剩余离心加速度检测的可靠性是切实可行的。     

基于SRv6的铁路承载网隧道技术研究

为更好满足铁路5G专用移动通信（5G-R）、数据中心高速互联和云网融合等智慧铁路新型应用需求,对面向铁路承载网的隧道技术进行研究,聚焦铁路应用场景,结合SRv6技术特点和优势,提出基于SRv6-TEPolicy隧道和SRv6-BE隧道的铁路承载场景部署方案并验证分析,给出关于铁路承载网的SRv6应用部署方案建议。     

公网5G小站对铁路5G-R车载终端的电磁干扰研究

为了评估公网5G上高铁的小站系统对铁路5G-R车载终端的电磁干扰风险，研究了动车组内5G小基站和5G网关的射频指标，以及铁路5G-R车载终端的抗干扰电平要求。对公网5G小站系统与5G-R车载终端间的杂散干扰和阻塞干扰进行了理论分析和实验室静态测试，得出了公网5G网关与铁路5G-R车载终端的车顶天线之间无电磁干扰风险的最小距离结论。测试结果表明，在满足适当部署间距的前提下，公网5G小站系统对铁路5G-R车载终端无电磁干扰风险。     

地铁信号电源系统冗余配置方案研究

介绍了地铁信号电源系统单套设备配置方案。从提高系统整体可靠性角度出发,对信号电源冗余配置的必要性进行分析,并提出了2种冗余配置方案。阐述了不间断电源并机冗余配置方案的工作原理;论述了双切换、双不间断电源、双母线供电冗余配置方案的负载接入方式及不同故障场景下的工作状态。从可靠性和经济性对2种冗余配置方案进行对比。对比结果显示,双切换、双不间断电源、双母线供电冗余配置方案最优。     

动车组并联辅助变流器组网控制策略研究

辅助变流器是动车组的重要部件，为整车的交流负载供电。其中，牵引系统冷却风机、空调等是十分重要的负载代表，或与动车组的安全性相关，或与乘客舒适度密切相连，因此辅助变流器的供电可靠性十分重要。冗余是保障供电可靠性的有效措施，主流的动车组都采用了并联冗余方案。当辅助变流器采用并联冗余方案时，需先完成各个辅助变流器并联组网，而后才能为负载供电，即组网控制策略，是辅助变流器并联冗余方案可靠工作的前提。文章针对并联组网控制问题，分析了动车组辅助变流器的组网控制方式以及存在的问题，提出了一种新型同步软启动组网控制策略，首先从理论角度详细分析了控制策略的原理，然后分别通过MATLAB仿真和试验验证了控制策略在各种组网工况下的有效性和可靠性。最终说明提出的组网控制策略解决了输出电压幅值软启动过程中的并联组网难题，实现了辅助变流器并联在网络正常工况和紧急牵引工况下均可快速可靠完成组网，相对于一般组网控制逻辑，组网时间可至少缩短50%。     

基于Markov模型的多传感器组合定位可靠性评估

提出一种基于多传感器组合定位方案,该方案利用卫星定位模块、陀螺仪和里程计3种传感器不同的安装方法来实现数据采集,采用单元冗余与二取二系统冗余相结合的方式。针对卫星特点分析卫星定位的内部可靠性指标,同时根据陀螺仪测量单元冗余配置原则,提出采用4个双自由度的陀螺仪冗余配置方法。最后通过建立Markov模型对方案进行可靠性评估。分析结果表明:本文设计的组合定位方案其MTBF(平均故障时间间隔)为10~5 h,满足可靠性需求,与传统的二取二定位方案相比,其可靠性提高了30%。     

铁路多媒体调度通信系统的可靠性方案研究

为保障铁路运输指挥和行车安全,对铁路多媒体调度通信系统的可靠性进行研究,从外部运行环境、系统设备及其内部模块设计、混合组网等方面进行综合分析,提出整体可靠性技术方案。首先,系统可采用物理服务器或云平台部署方式,服务器部署时系统采用电源、磁盘的冗余备份,云平台部署时通过容错技术提升系统可用性并可根据负载调整需要计算资源,采用链路聚合、网络双平面等技术保证系统不受网络单点故障影响。其次,中心设备内部各模块采用主备或集群部署方式实现模块冗余备份,系统设备通过双中心组网实现异地容灾备份。最后提出IP和E1混合组网方案,确保IP网络故障时系统仍可通过E1组网提供语音调度通信业务。上述方案在出现局部故障的情况下,系统仍可不受影响地提供调度通信业务,有效保证铁路列车运行时多媒体调度通信业务的高可靠性。