铁路5G关键技术分析和发展路线

2023年12月13日发(作者：目标管理的特点)

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铁路5G关键技术分析和发展路线王同军（中国国家铁路集团有限公司，北京100844）摘要：构建铁路5G智能联接，是实现智能铁路各要素全面感知、泛在互联、融合处理的关键和基础，是铁路高质量发展的迫切需要。在智能建造、智能装备和智能运营等领域的移动通信应用需求日益增长，5G集成了多种先进的通信信息技术，具有多元化、宽带化、泛在化等特点，适合铁路多场景应用需要。在铁路5G发展过程中，无线频率、技术成熟度、产业周期、技术经济性、网络安全等是重点考虑的关键性因素，需要通过技术和管理创新化解制约条件。发展铁路5G专网时，应秉持新发展理念，坚持创新驱动、协调有序、开放融合、合作共享的原则，强化顶层设计，统筹规划、分步实施。关键词：智能铁路；移动通信；铁路5G；发展路线中图分类号：U285文献标识码：A文章编号：1001-683X（2020）11-0001-09DOI：10.19549/.1001-683x.2020.11.0010引言2020年3月，党中央提出关于加快5G网络等新型大、智、移、定位等多种新型技术，是实现铁路从传统基建向新基建转型升级的必然选择。智能高铁不是先进智能技术与控制技术在高铁各专业独立应用的简单叠加，而是通过不同业务领域、面向高铁生命周期不同阶段信息系统的集成融合［2］，物理高铁与数字技术协同融合，共同构建智能高铁。［3］智能高铁概括为“一核三翼”，实现“智能高铁大脑基础设施建设的决策部署，各行各业加速向数字化和智能化转型。据统计，2019年我国数字经济增加值35.8万亿元，对GDP增长贡献率为67.7%［1］。铁路作为最大的传统基础设施行业，是国民经济大动脉、重大民生工程和综合交通运输体系骨干，是国家基础性、服务性和支柱型重要产业。如何将铁路发展与数字新基建融合，既是新时代提出的要求，也是铁路自身提升效率效益、保持高质量发展的迫切需要。发展智能铁路，在现有物理铁路网基础上，综合应用云、物、作者简介：王同军（1964—），男，副总经理，正高级工程师。平台”这一核心与智能建造、智能装备、智能运营3个“翅膀”以及铁路现场各子系统之间的智能联接，是实现高铁移动装备、固定基础设施及内外部环境信息的全面感知、泛在互联、融合处理［3］的关键和基础。作为第四次工业革命的重要支撑之一，5G成为世界各国争相发展的技术和产业高地，欧美日韩等发CHINARAILWAY2020/11-1-达国家和地区高度重视5G发展，制定了5G发展战略。据2020年6月最新统计，全球已有81个运营商部署了5G商用网络，覆盖占全球GDP约72%的国家和地区，包括欧洲和亚太地区的主要经济体。全球5G用户超过9000万，5G基站已部署70万座，预计到2020年底，将超过150万座。根据我国工业和信息化部（简称工信部）在“2020年中国国际信息通信展览会”发布的报告，截至2020年9月，我国总计建设5G基站50万座，5G终端连接数量超1亿，已初具规模，预计2020年底建造、智慧港口等多个领域已有典型应用案例［4］。5G网络覆盖全国地级以上城市，5G在智能电网、智能5G是目前已商用的技术中最先进、产业发展趋势铁路5G关键技术分析和发展路线王同军无线通信的40、60和90GHz等毫米波频段通信系统，并积极推动将90GHz频段系统纳入5G标准。韩国铁路无线通信使用150、400、700、800MHz和18GHz频段，计划将800MHz集群通信替换为700MHz频段LTE-R系统。1.2我国铁路我国铁路专用通信用于支持行车指挥、列车控制、安全防范、生产作业、经营管理、应急抢险等方面的信息承载和调度通信，发挥着不可替代的重要作用。目前，我国铁路专用移动通信主要采用450MHz无线列调和900MHzGSM-R系统。现有7万km线路仍在使用。自2012年起，工信部停止相关产品型号核准，没有产品可以供货，铁路沿线现有450MHz无线列调设备普遍使用10年以上，急需升级改造。管部门支持下，铁路取得了宝贵的900MHz频率资源21世纪初，为满足我国高速铁路发展，在国家主450MHz无线列调制式落后，采用模拟对讲技术，最好、适合行业应用的宽带移动通信技术体系，是构建铁路智能联接的首选。推进铁路5G专网系统的建设和应用，既是落实我国5G新基建战略部署的重要举措，同时在实现铁路现代化、数字化、智能化，保障铁路运输安全，巩固我国铁路在世界领先优势等方面具有重要支撑作用。11.1铁路移动通信发展现状国外铁路为保证列车运行控制和调度指挥互联互通，欧盟发展GSM-R系统，现已部署线路6.5万km，有力支撑了高速铁路、重载铁路、高原铁路的调度指挥、列控、重载列车同步操控等多项安全运用［5］。近年来，随着通信技术的快速演进和升级换代，公网GSM逐步退网，GSM-R产业支撑能力也随之萎缩。10余年来，我国高速铁路实现了优质快速发展，于1997年开始部署GSM-R系统，承担列车调度通信、列车运行控制等功能。根据欧洲电信组织2018年提交的报告，欧盟20多个国家部署GSM-R系统，总里程约10万km。国际铁路联盟（UIC）于2014年正式设立未来铁路2017年开始进入智能化引领阶段［2］。随着智能京张的开通运营和智能京雄的即将开通，已初步形成智能铁路应用格局；预计到2025年，将全面掌握从设计、建造到运营的全产业链技术；到2035年，实现铁路运营全面自主操控、无人化［6］。随着我国铁路向数字化、智能化方向发展，新一代列控、多媒体调度通信、智能调度指挥、移动视频监控、基于建筑信息模型（BIM）的智能建造、自学习及自适应的谱系化智能动车组、全面感知的列车无人驾驶（DTO）、面向多种交通方式的智能综合协同指挥、旅客无障碍出行服务［6］等各种新业务不断涌现，铁路移动通信业务需求不断增长。450MHz模拟对讲和GSM-R技术均以语音业务为主，GSM-R仅具备窄带数据传输能力，现有铁路移动通信系统已成为制约智能铁路高质量发展的瓶颈。移动通信系统（FRMCS）项目，开展铁路下一代移动通信技术研究工作。FRMCS项目研究下设功能、架构和技术、频谱3个工作组。截至目前，FRMCS已发布用户需求规范（URSV5.0.0），并计划于2021年发布第1个完整版本的功能需求规范（FRS）和系统需求规范（SRS）。德国铁路计划于2019—2024年进行5G的研究和试验，期间继续部署900MHzGSM-R系统；2025—2034年规模部署5G。日本铁路目前主要以150、300和400MHz频段承载列车无线通信业务。近年来，在高频段通信技术上的研究进展较为迅速，先后研发、试验了用于列车-2-CHINARAILWAY2020/11铁路5G关键技术分析和发展路线王同军站、候车、乘车、出站等全环节的出行服务，要求通信连接无处不在；构建智能运维系统，通过实时回传基础设施及移动装备状态数据，分析劣化机理及演变规律，实现预测性维修；通过高铁固定设施、移动装备、运输过程及自然环境等的状态感知，实现设备故障、行车事故趋势预测预警，做到超前防范；构建货场货物交接、装卸等生产组织自动化体系，通过视频和数据信息实时交互，实现货场作业远程操作，打造智慧货场。组织原中国铁道科学研究院等单位，从频率、标准、业务、系统研发和试验等方面对铁路下一代移动通信技术开展相关技术研究，重点对LTE-R等技术进行全面研究和系统试验，取得了一系列研究成果；同时对5G技术、标准、产业进行密切跟踪和研究，为后续开展5G研究奠定了基础、积累了经验。2015年，原中国铁路总公司科技管理部和运输局2智能高铁对移动通信的业务和功能需求在我国智能铁路体系架构中，智能建造、智能装将以上业务需求映射为通信系统功能，要求系统支持点对点、点对多点等多种通信方式；业务类型应支持语音、数据和视频多媒体通信；同时要求具备集群调度、多优先级保障等铁路特有功能［7］，实现业务综合承载。按照应用场景划分，大体可分为铁路正线连续广覆盖（高速场景，满足调度指挥、列车运行控制、接近预警、超视距驾驶等车地、车车通信需求）、站场热点区域（低速或静止场景，满足客货站、编组站、动车所等多类型作业需求）、沿线固定设施状态感知（静止场景，对沿线重点线路区段、关键基础设施状态监测等）和智能移动体通信（高速或相对静止，包括列车定位、移动装备监测和诊断、客运服务、车内视频下传等）。不同场景下，通信体相对速度、业务带宽、可靠性、连接数量的要求差异较大。与之前各代移动通信技术相比，5G的综合承载能力得到了全面提升。针对铁路复杂多变的应用场景，可充分发挥5G的技术优势。备、智能运营共涉及15个应用系统和16个服务方向［2］，通过移动通信系统，将云端大脑、集中管控系统与现场各子系统作业终端联接，形成互联互通、协同互动、有机统一［3］的关系，对移动通信的承载能力和服务质量提出了新的要求。（1）在智能建造方面，以BIM+GIS技术为核心，应满足工程设计及仿真、数字化工厂、精密测控、自动化安装、动态监测等工程化应用，以及勘察、设计、施工、验收、安质、监督等环节［3］对移动通信的需求。例如，解决勘察数据高效采集和传输，BIM的精细化建模以及BIM工程管理平台和现场施工的实时数据交互，桥隧路轨、客站、四电等施工现场的智能化作业，智能工地现场数据实时回传和分析。通过建造过程智能化信息实时交互，全面提升建筑工程和生产制造的质量、安全、环境、效益的管理水平。（2）在智能装备方面，着重解决全方位态势感知、自动驾驶、运行控制、故障诊断、故障预测与健康管理［3］的通信需求，实现高铁移动装备及基础设施的自感知、自诊断、自决策、自适应、自修复。例如，车车通信列车接近预警、司机超视距驾驶、列车运行控制、自动驾驶、多媒体调度通信等新技术应用，可提升运输生产安全水平和效率；通过实施铁路沿线远程视频实时监测、技术作业站智能调车等技术手段，可减少沿线巡检人员、现场调度人员数量，降低劳动强度，提高工作效率。（3）在智能运营方面，主要包括极致便捷的出行服务、预测性运营维护、主动性安全防控和智能化经营管理［3］的通信需求。例如，为旅客提供购票、进35G技术特点及适用性分析从本质上讲，5G技术集成多种先进通信信息技术为一体，实现数据类型多元化、宽窄带业务融合化、通信连接泛在化、应用场景多样化、服务质量差异化，满足万物智联的需要。3.1应用场景5G技术支持增强型移动宽带（eMBB）场景、大规模机器类通信（mMTC）场景和超可靠低时延通信［8］（uRLLC）场景（见图1）。CHINARAILWAY2020/11-3-铁路5G关键技术分析和发展路线王同军度现场和列车环境，将列车运行前方路况和前车状况视频图像、视频分析结果等信息传送到驾驶室内，调度系统向列车发送图形化的进路预告信息，调车作业前方和尾部路况视频实时回传等，将有效提高行车等运输生产安全水平。3.2.2大连接大连接特性主要是针对物联网场景，支持每平方公里100万数量的用户连接密度，终端采用低功耗、低速率的通信技术，适合现场长时间使用，单终端的传图15G应用场景输速率可达百kb/s，支持运行速度较低或静止。实现智能铁路的全面感知和泛在互联，需要将铁路沿线、站场分布的大量基础设施、生产装备状态传感数据上传给集中管控和云端大脑进行综合智能分析。5G的大连接特性适合于此类业务，将为铁路物联网应用的快速发展提供通信支撑。利用5G大连接特性，实时回传桥梁、隧道、路堑、长大坡道、站房等重点区域的大量传感数据，实现对铁路沿线风、雨、雪、地震等更广范围、更大密度的信息精准感知和实时传输，提升沿线基础设施、自然灾害的安全监测水平。3.2技术特点5G技术标准由国际标准组织第三代合作伙伴计划（3GPP）统一制定。2018年6月颁布第1个版本R15，2020年7月颁布R16，预计2021—2022年颁布R17。目前，5G标准处于持续演进过程中（见图2）。5G具有大带宽、大连接、高可靠和低时延的技术特点。3.2.3图25G标准演进高可靠、低时延制等场景，支持低至1ms的空中延迟，传输可靠性可5G高可靠、低时延特性主要针对车联网、工业控3.2.1大带宽达99.999%，相对于4G大幅提升。为实现高可靠、低时延特性，需要采用短数据包传输和重传技术，结合边缘计算技术，将数据在靠近终端的本地进行处理。在铁路站场，智能调车、智慧货场相关控车业务安全可靠性和实时性要求高，且业务数据均在作业场站本地进行交互和处理，通过设置边缘服务器，利用5G的高可靠、低时延特性，可承载智能调车关键业务人”的作业需求，提高作业效率和安全水平。应用，满足智慧货场“车流不息、作业繁忙、不见一输场景，可支持1.5Gb/s的峰值数据速率和100Mb/s的多用户体验速率，最高支持500km/h运行速度。5G大带宽特性主要针对高清视频、大容量数据传由于5G频率利用率已接近香农定理的极限，增加数据传输速率需要占用更多的频率资源，目前公网5G系统普遍采用的频率带宽均在100MHz以上，同时在基站部署大规模天线阵列实现多流数据传输（MIMO）。铁路5G专网由于频率资源受限，预计在2×10MHz频率带宽条件下的数据传输速率最大可达到60～70Mb/s。基于移动闭塞和卫星定位的下一代列控、多媒体调度通信、基于车车通信的列车接近预警、司机超视距驾驶、列车状态数据下传等业务的数据量大，对数据传输速率要求高，5G大带宽特性可为此类业务提供支撑。利用5G大带宽特性，实现调度人员能直接看到调3.33.3.1铁路适用性分析切片技术5G网络系统具备大带宽、大连接、低时延的特点，但这些特性针对某一特定业务不能同时提供，需利用网络切片技术分别实现，满足不同应用场景和业务的特定需求。网络切片是在同一系统中切分出多个端到-4-CHINARAILWAY2020/11铁路5G关键技术分析和发展路线王同军端的逻辑网络，贯穿无线网、接入网、传输网、核心网，每个逻辑网络提供特定网络能力和特性，对应不同的时延、安全性和可靠性等需求，以灵活应对不同的网络应用场景。通过切片技术，采用1个物理网络提供多个逻辑网络的服务，共用物理资源降低成本，通过逻辑隔离业务定制、生命周期管理，提升运维效率。5G的切片方式灵活，可按照需求提供强隔离、弱共享或者弱隔离、强共享的切片服务，支持按业务属性和用户属性2个维度进行切片划分。（1）按业务属性划分切片，用于对不同等级业务需求提供不同隔离级别的网络资源。对于列控和调度语音通信等服务质量要求高的业务，可采用强隔离、弱共享方式，从而在分组域网络中为高可靠性业务提供等同于电路域服务质量的保障效果。对于实时性、可靠性要求不高的业务，例如运营维护、监测类业务，可采用弱隔离、强共享的切片，最大程度共享网络资源，提高系统利用率。按业务属性划分切片示意见图3。图4按用户属性划分切片示意图此外，利用公网承载铁路非行车相关业务时，可采用对公网资源进行切片的方式，将铁路业务与公网业务进行物理或逻辑隔离，保障铁路业务的服务质量和安全性。3.3.2移动边缘计算（MEC）技术脱核心网“中心化”的约束，支持灵活的MEC部署方式，使数据的路由、计算、处理和存储更加靠近现场和用户。以铁路站场业务为例，此类业务一般集中在站场区域内，与正线业务关联较小。通过在站场部署边缘计算平台，数据不需要到铁路局集团公司核心网进行交5G采用控制面与用户面分离的架构，用户数据摆换，在站场本地即可进行实时分流、快速处理，一方面提高了网络数据实时性、安全性和可靠性；另一方面可减少数据回传对承载网的压力，避免网络拥塞。3.3.3图3按业务属性划分切片示意图更精细的服务质量保障机制特性和15个优先等级，可满足不同业务对服务质量和5G定义了8类服务质量参数，支持26种服务质量（2）按用户属性划分切片，用于为不同级别、不同身份的用户提供定制的网络资源服务。例如，可考虑按使用场景将终端划分为车载类终端、手持类终端、物联网类终端，或者结合业务功能将终端划分为语音类终端、数据类终端、视频类终端或多媒体终端等，按照实时性、可靠性、安全性的不同要求，为各类型终端划分不同的通信网络资源。按用户属性划分切片示意见图4。优先级的要求，并支持准入控制、拥塞控制和业务抢占机制等，相比于GSM-R和LTE系统，5G服务质量保障机制更加精细。在5G终端与核心网只建立1个无线承载的情况下，也能实现业务数据的差异化传输，降低建立通信链路的信令开销。铁路业务应用种类繁多，总体可分为行车应用类、运营及维护类、旅客服务类等，不同类型业务的优先级和对通信质量的需求差异大。在进行综合业务承载CHINARAILWAY2020/11-5-时，利用5G精细的服务质量等级和保障机制，对不同业务加以区分，确保高优先级关键业务通信顺畅。利用5G多优先级保障机制技术，可为列控业务提供高优先级通信服务，支持列控系统向移动闭塞、车车间列控交互信息和全自动无人驾驶方向升级，及时提供卫星差分信息、速度信息、列尾位置信息、电子地图、线路视频等，可进一步缩小列车追踪间隔，提升行车效率。铁路5G关键技术分析和发展路线王同军请工作至关重要。移动通信新技术的发展，不仅会导致无线频率重耕，也会促进业务的迁移与整合。以5G为牵引，整合铁路无线频率和业务应用，一方面可提高铁路频率资源的利用率，规范无线通信业务管理；另一方面可以更好地支持国家频率规划，为铁路5G专用频率指配提供技术支撑。在申请5G专网频率的同时，需研究铁路既有业务迁移和频率腾退方案和计划，可考虑率先开展450MHz模拟对讲、800MHz单频点业务迁移和频率腾退工作。3.3.4增强的高速适应性路场景使用。为提升高速适应性，5G提供了多种子载波宽度，有利于降低多普勒频移产生的载波间干扰影5G标准规定支持500km/h运行速度，适合高速铁4.2技术成熟度我国铁路通信技术发展路线与UIC一致，即基于标响；5G系统设计了灵活的解调参考信号（DMRS），将信号的时间密度增大，可及时跟踪无线信道的快速变化，提升终端在高速条件下的解调性能；5G还设计了更短周期的探测参考信号（SRS），对上行信道的估计更加准确，有利于实现更精准的波束赋形算法，跟踪终端的快速移动。准化技术体系，结合铁路特点构建铁路专网。公网运营商的规模应用，现已发展成熟；随着2020年R16标准版本的颁布，规范了mMTC和uRLLC的技术特R15标准版本规定了eMBB的技术特性，经过5G在性，需通过公网规模应用逐步成熟完善。在此期间，根据铁路应用场景和业务需求特点，研究适用于调度通信、列控等铁路业务特有需求，且满足高速适应性、可靠性、冗余性和专用频率特性等特殊功能和技术要求，开展铁路专用关键技术和产品的研究、开发、试验验证等工作，形成成套铁路5G专网标准体系，预计需要3～4年。届时，5G在公网应用的技术和产品也将成熟，在此基础上，叠加经过试验验证的铁路专用功能，并通过试用考核，可形成技术成熟的铁路5G专网产品，具备规模部署条件。4发展铁路5G的制约因素与对策在铁路5G发展过程中，无线频率、技术成熟度、产业支撑和生命周期、技术经济性、网络安全、人才储备等是需要重点考虑的关键性因素，存在制约铁路5G发展的可能，需要通过技术创新、管理创新、政策支持等途径化解。4.1无线频率频率资源始终是移动通信发展需要考虑的首要因4.3产业周期根据全球移动通信系统协会（GSMA）统计，截至素之一，无线电频率是实现铁路新一代移动通信技术创新发展的基础和先决条件。随着移动通信向宽带化发展，考虑到低频段频率资源有限且处于碎片化分配，公网5G系统主要采用中高频段工作。在我国铁路可选的5G频段中，2100MHz频段最低，经论证，采用2100MHz频段（2×10MHz）部署基于5G技术的铁路新一代移动通信系统，在技术特性、承载能力、运用方案、组网和频率使用率、干扰保护、系统运行和维护等方面，具备可行性［9］。系统工作频率将影响设备研发和定型、技术标准制定、频率特性研究和试验等工作，尽快完成频率申目前，全球共建成106张5G网络；预计2025年全球20%的无线联接将采用5G。根据全球市场研究出版商QYRearch数据，2021—2026年中国和全球每年5G宏基站部署数量预测见图5［10］，未来几年将是5G系统的大规模部署期。根据全球无线行业咨询机构RysavyRearch预测，全球5G产业总量预计2040年达到顶峰，5G将有一个［11］较长的生命周期（见图6）。另一方面，由于移动通信技术的发展和更新换代较快，根据GSM、3G的产业经验，5G的产业发展和持-6-CHINARAILWAY2020/11铁路5G关键技术分析和发展路线王同军缘计算、用户面和控制面分离等，同时满足移动宽带、物联网、高可靠低时延等场景业务需要，可为铁路关键业务提供服务质量保障。（2）经济性。目前5G产品的价格较高，是4G产品2～3倍。随着未来5G系统在公网市场的大规模部署，借助公网的产业支撑，预计2024年开始规模部署铁路于合理的价格水平。5G专网时，设备费用较目前将有较大下降，预期可处图52021—2026年5G宏基站部署数量预测（3）能耗。按照通常估算，公网5G每基站能耗为4G的2～3倍［12］，主要由于5G占用的频率带宽100MHz以上，远超过4G系统20MHz的频率带宽，5G基站可提供10倍于4G的网络承载能力。对于铁路5G专网而言，占用频率带宽预计为2×10MHz，而且用户量、业务量与公网相比相差大，能耗将小于5G公网基站。初步核算，铁路5G专网基站设备功耗800～900W，较4G基站增加10%～20%，较GSM-R基站增加1倍左右。业界正在研究采用智能自适应休眠、智能升压、光伏太阳能供电、液冷降温等创新技术［12］，以降低5G基站能耗。图6移动通信生命周期预测续时间也可能随着新一代移动通信技术的投用发生变化。鉴于此，在推进铁路5G发展时，应遵循“应用与系统解耦”和“硬件与软件解耦”的策略进行设计和部署。首先，在实现应用与系统解耦时，两者通过IP接口互联，标准化接口协议，实现应用系统和通信系统各自独立演进，互不牵扯和制约。以基于IP的列控业务研究为例，网络演进为5G或其他IP化网络，接口协议可保持统一不变，使通信系统的演进更为灵活。其次，5G核心网支持硬件与软件解耦。5G核心网采用基于服务化的架构（SBA），利用网络功能虚拟化（NFV）和软件定义网络（SDN）技术，通过在标准化硬件上运行软件模块实现不同的网元功能，从而将网元的软、硬件解耦。当服务器等标准化硬件升级换代，其性能将不断增强，只要提供足够的算力，软件进行适当的适配即可继续使用，有利于延长5G的生命周期。4.5网络安全5G采用全IP方式，在实现多业务综合承载时，终铁路应用业务需要综合利用铁路专网和运营商公端和地面侧均存在接入安全和业务隔离问题。网2部分资源，才能实现铁路移动装备、固定基础设施、运营和维护人员的泛在互联。这种公专网融合应用天然存在网络和信息安全风险。开展网络安全专项研究是铁路5G技术应用创新研究的重要组成部分。在铁路安全技术研究基础上，需借鉴其他专网、公网的安全防范经验，运用好5G提供的网络切片功能，利用统一的地面接入和安全管控平台，结合终端侧的安全认证和防护措施，实现公专网系统隔离、业务隔离和终端安全接入，构建安全可信的铁路5G网络。4.4技术经济性（1）技术能力。与GSM-R相比，铁路5G单用户数55.1铁路5G专网发展路线总体思路建设铁路专用移动通信网是全球铁路行业的一致据传输带宽由几十kb/s提升到几十Mb/s，提升千百倍，数据传输延时由几百ms缩短至几十ms，缩短90%；与4G相比，5G频谱效率更高，支持业务和用户切片、边CHINARAILWAY2020/11选择。铁路专网采用专用频率，独立建网，安全可靠性高，主要承担调度指挥、列控等行车安全相关的关-7-键性核心业务。铁路5G专网建设和应用，应秉持新发展理念，坚持创新驱动、协调有序、开放融合、合作共享的原则，以铁路行业优势科研力量为主体，积极联合国家相关科研部门、高等院校、设计院、设备供应商等力量，发挥相关科研机构及5G产业链上下游企业优势，依托国家级、中国国家铁路集团有限公司等科研课题，通过技术合作，协同开展5G专网关键技术攻关、主要装备研发等，制定技术和装备标准规范，形成具有自主知识产权的铁路5G专网技术体系和系列专用设备。同时，应强化顶层设计，统筹规划、分步实施。铁路5G关键技术分析和发展路线王同军3～4年时间，完成铁路5G专网关键技术攻关、主要专用设备研制，主要标准制定、试验验证及试用考核等开展工程示范，为铁路5G专网规模建设部署奠定基础。（2）在示范考核阶段，完善铁路5G专网标准体系；按照铁路行业新产品上道流程，开展铁路5G专网系统和应用主要设备试用考核（包括无线网、列控、调度通信等）；启动车载终端的更新改造，为450MHz无线列调、GSM-R向5G演进的过渡期内列车跨网运行提供条件；启动全路共用设备、核心网集中建设；启动承载网建设。（3）在应用部署阶段，完成全路共用设备和核心网的集中建设；完成车载设备的集中改造；对于新建铁路，同步推进铁路5G专网建设；对于既有铁路，按照大修周期和急用先上的原则开展铁路5G专网改造；同步推进承载网的建设和改造。至2030年前后，全面建成铁路5G专网，实现高铁所有线路和普速主要干线铁路移动通信系统全面升级换代。通过推进铁路5G发展，为建设数字化铁路、智能铁路提供重要技术支撑，树立5G行业应用典范。工作，在条件具备且示范效应较好的线路先行先试，5.2建设原则铁路5G专网建设要按照“统一标准、统一规划、集中接入、集中采购”的原则实施。（1）统一标准。基于3GPP的5G标准，结合铁路特殊应用和安全可靠性要求，建立铁路5G专网技术标准体系，并结合3GPP标准进度平滑升级，实现规范应用和互联互通，有利于降低成本，并易于维护。（2）统一规划。按照先终端后网络、先核心网后无线网、先示范后推广的实施思路，部署铁路5G专网系统。在系统过渡期内，全路将同时存在铁路5G专网、GSM-R和450MHz无线列调等多种移动通信系统，通过率先部署多模车载设备，实现列车跨线、跨网运行，实现系统平稳过渡。（3）集中接入。考虑到铁路应用需求多、差异大，构建地面统一接入平台，各类非列控业务统一接入铁路5G专网系统核心网，实现集中接入、认证和安全管控；构建车载移动通信节点，实现调度通信和非列控类车载业务统一接入铁路5G专网无线网，解决多个专业各自装备通信模块空间受限问题，减少车顶天线数量，实现合理布局。（4）集中采购。借鉴公网运营商集采模式和经验，研究规模化部署条件下的联合集中采购方案，降低设备全生命周期综合成本。6结束语深入贯彻落实党中央关于加快“新基建”的决策部署，聚焦“交通强国、铁路先行”，需要紧密结合铁路特点，应对新形势，积极推动新时代铁路高质量发展。合于铁路多场景应用需要。在智能铁路总体架构中［6］，智能传输层是连接各个部分的神经网络，采用5G技术为智能高铁大脑平台、智能建造、智能装备、智能运营构建铁路多专业、多场景智能联接平台，无疑将成为智能铁路技术体系中最为重要的信息交换枢纽和基础支撑条件。新技术的发展和换代带来新的发展契机。5G作为新型通信技术，通过与铁路各专业应用技术深度融合，将为提升工程建造和运输生产安全与效率、提升固定基础设施和移动装备监测水平、提升客货运输服务品5G技术具有多元化、宽带化、泛在化等特点，适5.3实施路线按照研发试验、示范考核、部署应用3个阶段有序推进铁路5G专网建设。（1）在研发试验阶段，完成专用频率申请；利用-8-CHINARAILWAY2020/11铁路5G关键技术分析和发展路线王同军本刊特稿［8］2020andbeyond：M.2083［S］.Geneva，［9］中国铁道科学研究院集团有限公司，中国铁路设计集团有限公司，北京全路通信信号设计院集团有限公司，等.基于5G技术的铁路新一代移动通信频率技术可行性研究［R］.北京，2020.［10］5Gbastationindustryre⁃archreport，growthtrendsandcompetitiveanalysis2020-2026［R］.Albany，ionaltechnology［R］.Bellevue，2019.质、降低运营维护成本提供支撑，助力铁路数字化转型升级，赋能中国铁路向智能化发展。5G技术代表着新的生产力，其发展也非一蹴而就，如何构建与之相适应的生产关系，创新新机制、新业态，培养人才支撑队伍，促进铁路既有管理体制改革，是后续需要研究和思考的深层次问题。参考文献［1］国家互联网信息办公室.数字中国建设发展进程报告（2019年）［R］.北京，2019.［2］何华武，朱亮，李平，等.智能高铁体系框架研究［J］.中国铁路，2019（3）：1-8.［3］王同军.中国智能高铁发展战略研究［J］.中国铁路，2019（1）：9-14.［4］GSMA，中国信息通信研究院.中国5G垂直行业应用案例2020［R］.北京，2020.［5］姜永富.我国铁路专用移动通信技术发展思路探讨［J］.中国铁路，2019（4）：73-78.［6］王同军.智能铁路总体架构与发展展望［J］.铁路计算机应用，2018（7）：1-8.［7］中国铁路总公司.铁路下一代移动通信业务和功能需求暂行规范：铁总工电〔2018〕219号［A］.北京，2018.［11］5Gimplicationsofatrans⁃［12］邬贺铨.5G商用一周年产业创新再出发［EB/OL］.（2020-10-17）［2020-10-26］.http：///wireless/2935/.责任编辑卢敏收稿日期2020-10-09KeyRailway5GTechnologyAnalysisandDevelopmentRouteWANGTongjun(ChinaStateRailwayGroupCoLtd,Beijing100844,China)Abstract:Thedevelopmentofrailway5Gintelligentconnectionisthekeytoandthefoundationforcomprehensiveperception,ubiquitousinterconnectionandfusionprocessingofallelementsofintelligentrailway,andsformobilecommunicationapplicationsinthefieldsofintelligentbuilding,intelligentequipmentandintelligentoperationaregrowingdaybyday.5Gintegratesavarietyofadvancedcommunicationinformationtechnologies,itscharacteristicsincludediversification,broadbandandubiquity,anditissurocessofrailway5Gdevelopment,wirelessfrequency,technologymaturity,industrialcycle,cost-effectiveness,networkcurityarethekeyfactorstobeconsidered,andtheconslopingrailway5Gnetwork,weshouldadheretothenewdevelopmentconceptandtheprinciplesofinnovation-driven,coordinatedandorderlydevelopment,openness,integration,cooperationandsharing,andstrengthenthetop-leveldesign,ds:intelligentrailway;mobilecommunication;railway5G;developmentrouteCHINARAILWAY2020/11-9-

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