铁路5G-R网络特点及网络规划技术研究

铁路5G-R网络即将进入工程建设阶段,为做好前期工程技术储备,需提前研究5G-R网络特点与网络规划技术。5G-R网络与运营商5G网络有较大不同,主要提供给铁路工作人员使用,覆盖目标为铁路沿线,是铁路上一代移动通信系统GSM-R技术的演进。通过全面总结梳理5G-R的系统架构、网络覆盖、组网技术、业务特点、设备冗余、网络性能等特点,研究5G-R网络规划技术,包括频率、覆盖、容量、参数、室分、切换等关键技术,提出5G-R网络规划建议,为后续工程部署提供技术支撑。     

铁路5G-R系统技术标准解读

铁路5G-R技术标准体系对于指导5G-R系统工程建设与运营维护,支撑5G-R系统设备制造与测试验证,实现不同厂商设备之间的互联互通,引导5G-R产业良性发展具有重要意义。为便于相关人员对铁路5G-R系统更深入地了解和运用,介绍了铁路5G-R技术标准体系的研究背景、形成过程、构建原则,以及标准体系的分类和构成;阐述了铁路5G-R技术标准研究进展情况,包括已经发布的标准规范和近期标准编制与发布计划;从标准编制过程、编写思路、标准规定的主要内容、标准发挥的主要作用等几个方面,重点对已经发布的《铁路5G专网业务和功能需求暂行规范》《铁路5G专用移动通信(5G-R)系统总体技术要求(暂行)》两项系统类标准进行了深入解读。     

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。     

铁路5G-R隧道覆盖方案研究

铁路隧道口通常地形较复杂,隧道内空间较封闭,隧道口或隧道群之间无线场强起伏较大,因此隧道无线覆盖方案一直是铁路通信行业研究的重点和难点。通过分析5G-R系统隧道内上下行链路预算,针对短隧道、中长隧道、长大隧道和隧道群等场景,介绍5G-R隧道内组网方案,针对新建铁路和既有铁路隧道内建设5G-R可能遇到的问题给出工程建议,可为5G-R工程建设提供参考。     

5G承载铁路业务需求分析及方案研究

目前,我国铁路移动通信专用网络（GSM-R）承载能力达到饱和,铁路各专业开始探索应用运营商公共通信网络推进铁路通信技术发展。我国铁路行业制定了以5G技术作为铁路下一代移动通信专用网络的发展路线,并提出统筹利用5G公网提升铁路智能化能力。基于5G技术特点,对铁路典型业务进行分析,提出铁路业务在移动通信网络中的分类承载方案,以及基于5G-R的铁路业务分级承载方案;最后,提出加快5G-R技术装备发展、采用多种移动通信网络承载铁路业务等建议,为铁路通信的相关研究提供参考。     

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。     

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。     

铁路5G-R与GSM-R基础设施共用共存工程建设方案

铁路GSM-R系统将演进到5G-R系统,在5G-R系统正式投入使用前,仍需要新建GSM-R系统,未来5G-R系统与GSM-R系统将有一段时间同时运行。因此,从设备演进、业务实现及基础设施共用等方面进行深入探讨,提出铁路5G-R与GSM-R共用共存工程建设方案,确保顺利实现GSM-R向5G-R的过渡,保护铁路建设投资。     

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。     

铁路5G-R智能手持终端设计方案

随着我国铁路5G-R网络建设和铁路移动互联网的发展,5G-R智能手持终端在铁路各专业中的应用将越来越广泛。介绍铁路手持终端发展现状与趋势;分析铁路手持终端在铁路各专业应用场景中的通信业务需求;提出5G-R智能手持终端的总体设计方案;从终端用户的使用体验出发,提出5G-R智能手持终端的多业务融合方案、业务优先级保障方案以及通信业务与移动应用融合方案;针对5G-R手持终端智能化和宽带化引入的网络安全问题,提出终端安全管控和移动应用商店解决方案。     

铁路5G-R技术标准体系研究

充分调研国内外5G标准发展现状,分析我国铁路建立5G-R技术标准体系的必要性,根据目前5G-R系统架构及运营维护管理需求的研究,按照大类、小类、具体标准3个层次提出5G-R技术标准体系架构,并对5G-R技术标准体系进行详细描述,体现了标准体系研究进展和后续发展思路,对5G-R技术标准体系的研究与建立具有参考意义。     

基于FlexE的铁路承载网切片技术演进探讨

为更好的满足铁路5G-R、大数据中心等新应用需求,对铁路承载网采用Flex技术进行研究,并提出了多种解决方案.     

铁路5G专网MIMO技术研究

随着铁路信息技术的发展,车地间的通信业务需求不断扩展。新业务的涌现对铁路车地无线通信提出了更高要求。在5G-R专网建设中,通过引入多输入多输出（MIMO）技术可以有效提升5G-R专网性能,更好满足铁路智能化发展要求。结合铁路关键场景特点,以及5G无线通信中的MIMO关键技术,研究分析适合于铁路不同场景的MIMO技术集合,为5G-R专网未来部署与应用提供可行建议。     

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综合创新试验平台方案研究

第五代移动通信技术（5G）应用于铁路已是必然趋势。铁路行业的应用场景和业务类型复杂多样,在实际部署前对铁路5G业务进行试验验证环节必不可缺。铁路5G综合创新试验平台的设计与创建,为5G公网和5G-R在铁路场景下的组网、覆盖、业务开发等提供了工程设计和试验验证条件。针对铁路网络需求、应用场景、智能化发展趋势,设计铁路5G综合创新试验平台总体架构;结合铁路场景特点以及铁路调度、运行、安全等需求,分别阐述环行铁道5G-R核心网、承载网、无线接入网的设计;为满足5G公网应用需求,进一步给出5G公网的网络部署、覆盖等方案。研究结果表明,铁路5G综合创新试验平台方案具备5G公专网并存、室内外场景结合、动静态试验兼顾,满足全部网络功能的铁路5G综合试验和应用环境,可为铁路5G技术研发、标准制定、测试试验等提供综合性技术支撑。     

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。     

基于5G-R的铁路物联网固定终端连接管理平台方案

5G-R系统是铁路下一代数字宽带移动通信系统,在民用5G系统的基础上针对中国铁路应用场景定制化开发。在高带宽、大连接、低时延的标准特性上,增加了集群通信、智能呼叫、位置管理等铁路特定功能。为适应智能铁路物联网需求发展,面向铁路沿线5G-R网络覆盖,针对铁路物联网数据回传与行车业务数据共网回传的需要,在5G-R体系中提出连接管理平台功能实体。连接管理平台用于管理铁路物联网中进行基础设备设施监测检测的地面固定终端,通过协调数据发送计划,平衡无线网络话务量,实现对无线资源的统一调度,在保障行车数据传送的基础上实现铁路基础设备设施监测检测系统数据有序回传。针对铁路基础设备设施监测检测系统固定终端的业务需求,对连接管理平台的系统架构、功能组成、运维管理提出细化方案。     

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。     

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。