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到底什么是 5G-R

作者:安博电竞官网网址 发布时间:2024-02-04 18:21:59 点击:70231

  近日,工信部向中国国家铁路集团有限公司(以下简称“国铁集团”)批复 5G-R 试验频率的消息,引起了行业内的广泛关注。

  在批复中,5G-R 被称为“基于 5G 技术的铁路新一代移动通信系统”。其实,简单来说,5G-R 就是用于铁路运输行业的 5G 技术。

  5G-R 属于专网(Private Network)通信系统。它是国铁集团的专用 5G 网络,专门用于满足铁路通信运营和管理需求,是铁路内部使用的。

  而乘客上网,连接的主要是移动、电信、联通等运营商的公网(Public Network)通信系统。

  不管是高铁,还是普速列车(绿皮车),不管是客运列车,还是货运列车,都需要随时保持与车站的紧密联系,这是铁路安全运作的基本前提。

  列车运行过程中,主要用到的通信系统和业务包括:列车运行控制管理系统(CTCS / ETCS)、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。

  这些都关系到列车的正常运行,对安全性和可靠性要求极高,偏 uRLLC(高可靠低时延通信)场景。

  因为列车高速行驶(尤其是高铁),所以通信系统也一定要具有高速适应性,时速 350km 也能确保一定的通信能力。

  大家可能潜意识会认为铁路专网会有极高的时延需求,但实际上,像列车运行控制管理系统,铁路规范给出的要求只有 150ms,并不难实现。

  铁路客运车站、货运编组站、机务段、车辆段、动车所等区域,也是通信需求较为密集的场所,属于热点覆盖区域。

  主要业务包括:平面调车、调车监控、编组站自动化、客站服务、车载数据下载、站场物联网、站场维护作业等。

  这里的人员、车辆和设备较多,对通信带宽和容量有一定的要求(终端的空间移动速率较低,没有高速适应性要求),偏 eMBB(增强移动宽带)场景。

  例如,铁路沿线电务、工务等专业基础设施设备(桥梁、隧道、接触网、铁塔等,目前重要的线路信号等设备还是有线通信为主)。

  这几年,铁路沿线洪水、山体滑坡等自然灾害频发。为了监测灾害,铁路部门设置了很多监测物联网节点,也有通信需求。

  主要指动车组等高速客运车辆,业务包括:列车定位、无人驾驶、移动装备状态检测、智能诊断等。

  列车内外的监测系统比较多,例如 6A(机车车载安全防护系统,包含:机车的制动系统、防火、高压绝缘、列车供电、走行部、视频)和 6C(供电安全检测监测系统)。它们是掌握列车运作时的状态的重要手段。

  其它铁路通信会用到的场景还包括:事故救援(话音和多媒体集群)、移动运维(数据、话音和多媒体集群)、LBS(基于位置的服务,如人员定位和列车定位等)和高铁 Wi-Fi。

  数字时代,旅客对高铁上网的需求比较大。公网运营商信号覆盖有好有坏,国铁集团也在研究和部署高铁 Wi-Fi 等,寻找商业机会。国铁集团还联合吉利、腾讯专门成立了国铁吉讯,推动高铁 Wi-Fi 平台的建设。

  顾名思义,GSM-R 是基于 GSM 技术,专门为铁路行业设计的无线通信系统。

  上世纪 90 年代初,GSM 标准刚刚确立的时候,西门子公司就开始酝酿和起草 GSM-R 技术标准。

  后来,国际铁路联盟(UIC,International Union of Railways)和欧洲电信标准协会(ETSI)合作,针对欧洲铁路系统,共同推出了最终版的 GSM-R 标准。

  与传统 GSM 标准相比,GSM-R 主要增加了铁路专用调度通信的相关功能。

  新中国成立后,铁路系统开始使用列车无线调度电话和站内无线MHz 的电子管设备。

  进入 70 年代,我们逐渐开始转向 150MHz 和 450MHz 频段的晶体管设备。

  再后来,铁路专用的无线MHz 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。

  90 年代 GSM-R 在欧洲出现之后,我们的祖国也及时进行了学习和引进。

  2004 年,为满足高速铁路发展 CTCS-3 级列车运行控制管理系统的需要,铁道部正式采用 GSM-R 标准,作为我国新一代铁路无线通信国家标准。

  值得一提的是,我国是亚洲第一个发展 GSM-R 的国家。国内第一条应用 GSM-R 的铁路,是著名的青藏铁路。

  国内的 GSM-R,采用的是 900MHz“黄金频段”(从中国移动那边“要”来的),上行 885-889MHz,下行 930-934MHz,2×4MHz 带宽,最大覆盖距离可达 6~9km。

  从 2008 年起,新(改)建铁路几乎全部采用 GSM-R 作为专用无线 年起,工信部停止核准基于 450MHz 频段的模拟制式无线列调系统。因为该系统抗干扰能力差、语音质量低、业务有限。

  在那之后,厦深高铁、广深港高铁、青藏线、大秦线、胶济线、武广线、郑西线、石太线、合宁线、合武线、京津城际线、京沪高铁等国内重要铁路线路,都采用了 GSM-R 技术,实现了数字化、网络化升级。

  截至 2021 年底,国内 GSM-R 覆盖线路里程(含在建)达到 8.9 万公里,用户数超过 35 万。

  时至今日,基于 2G 技术构建的 GSM-R 标准,早已不足以满足现代铁路的发展需求。

  GSM-R 以语音业务为主,频率效率低,窄带数据带宽最多只有 100 多 KB,难以承载铁路数字化改造后的通信大带宽需求。

  建设铁路无线专网,但测试了一段时间后,没有大规模商用。如今看来,国家就是打算一步到位,跳过 LTE-R,直接上 5G-R。

  5G-R 基于 5G 技术,具备超大带宽、超低时延、海量连接的特点,网络性能几乎碾压 GSM-R。

  在网络能力上,5G-R 支持网络切片、边缘计算等业务,可以为铁路关键业务提供服务的品质保障。

  在安全性和可靠性上,5G-R 也有巨大的提升。这对铁路运输安全非常重要。

  、组网方式和性能要求上。业务类型前面已经介绍过了,铁路有自己很多的特殊业务。

  在组网方式方面,5G-R 沿铁路线进行部署,无线接入网更多采用链状组网。

  核心网侧,需要与铁路部门的生产方式、组织方式相匹配,进行适当的组网改造。

  除了传统公网 5G 所包含的控制面网元(AMF、SMF、UDM 等)和媒体面网元(UPF)之外,我们大家可以看到一些 5G-R 专用设备,例如铁路宽带集群通信(MCX,Mission Critical X-Service,关键业务)设备、5G 智能网(5G-IN)、5G 设备识别寄存器(5G-EIR)等。

  这个 MCX 设备,通过它,5G-R 可以与其他通信系统互联,提供有线无线融合的调度通信业务。还能轻松实现与铁路固定电话网相互连通,满足公务通信需求。

  国际上另外一个专门负责铁路通信标准研究的组织,是前面提到的,参与制定 GSM-R 标准的 UIC(国际铁路联盟)。

  国铁集团在 2015 年成立了 NGCR(下一代无线电通信工作组),设频谱、标准、服务、行业、测试 5 个分工作组。

  2020 年 8 月,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”。

  后来,国铁集团先后印发《国铁集团关于快速推进 5G 技术铁路应用发展的实施建议》、《铁路 5G 技术应用科技攻关三年行动计划》,积极部署 5G-R 应用,和技术研究。

  确定了频谱,产业界进行技术探讨研究就有了目标,对于这项技术,也会更有信心。这有利于产业链的迅速成熟,更有助于激发科技自主创新。

  有了试验频率,国铁集团能更加进一步推动相关科研课题和现场试验,验证 5G-R 频率方案的可行性,以及与邻频段相关系统的兼容共存。

  在核心网、承载网和接入网设备方面,在终端和模组方面,相关工作也可以大跨步向前推进。

  结合去年工信部给中国商飞颁发第一张企业 5G 专网频率的新闻,我们也能够准确的看出,国家对专网通信的支持力度在加大。

  专网是支撑企业数字化转型的一个重要底座。授予专属频谱,对于专网发展极为有利。

  未来,国家是否会给专网通信划分更多频率资源,以此促进数字化转型的全方面推进,让我们拭目以待!

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