鐵路5G關鍵技術分析和發展路線

2023年12月13日發(作者：目標管理的特點)

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鐵路5G關鍵技術分析和發展路線王同軍（中國國家鐵路集團有限公司，北京100844）摘要：構建鐵路5G智能聯接，是實現智能鐵路各要素全面感知、泛在互聯、融合處理的關鍵和基礎，是鐵路高質量發展的迫切需要。在智能建造、智能裝備和智能運營等領域的移動通信應用需求日益增長，5G集成了多種先進的通信信息技術，具有多元化、寬帶化、泛在化等特點，適合鐵路多場景應用需要。在鐵路5G發展過程中，無線頻率、技術成熟度、產業周期、技術經濟性、網絡安全等是重點考慮的關鍵性因素，需要通過技術和管理創新化解制約條件。發展鐵路5G專網時，應秉持新發展理念，堅持創新驅動、協調有序、開放融合、合作共享的原則，強化頂層設計，統籌規劃、分步實施。關鍵詞：智能鐵路；移動通信；鐵路5G；發展路線中圖分類號：U285文獻標識碼：A文章編號：1001-683X（2020）11-0001-09DOI：10.19549/.1001-683x.2020.11.0010引言2020年3月，黨中央提出關于加快5G網絡等新型大、智、移、定位等多種新型技術，是實現鐵路從傳統基建向新基建轉型升級的必然選擇。智能高鐵不是先進智能技術與控制技術在高鐵各專業獨立應用的簡單疊加，而是通過不同業務領域、面向高鐵生命周期不同階段信息系統的集成融合［2］，物理高鐵與數字技術協同融合，共同構建智能高鐵。［3］智能高鐵概括為“一核三翼”，實現“智能高鐵大腦基礎設施建設的決策部署，各行各業加速向數字化和智能化轉型。據統計，2019年我國數字經濟增加值35.8萬億元，對GDP增長貢獻率為67.7%［1］。鐵路作為最大的傳統基礎設施行業，是國民經濟大動脈、重大民生工程和綜合交通運輸體系骨干，是國家基礎性、服務性和支柱型重要產業。如何將鐵路發展與數字新基建融合，既是新時代提出的要求，也是鐵路自身提升效率效益、保持高質量發展的迫切需要。發展智能鐵路，在現有物理鐵路網基礎上，綜合應用云、物、作者簡介：王同軍（1964—），男，副總經理，正高級工程師。平臺”這一核心與智能建造、智能裝備、智能運營3個“翅膀”以及鐵路現場各子系統之間的智能聯接，是實現高鐵移動裝備、固定基礎設施及內外部環境信息的全面感知、泛在互聯、融合處理［3］的關鍵和基礎。作為第四次工業革命的重要支撐之一，5G成為世界各國爭相發展的技術和產業高地，歐美日韓等發CHINARAILWAY2020/11-1-達國家和地區高度重視5G發展，制定了5G發展戰略。據2020年6月最新統計，全球已有81個運營商部署了5G商用網絡，覆蓋占全球GDP約72%的國家和地區，包括歐洲和亞太地區的主要經濟體。全球5G用戶超過9000萬，5G基站已部署70萬座，預計到2020年底，將超過150萬座。根據我國工業和信息化部（簡稱工信部）在“2020年中國國際信息通信展覽會”發布的報告，截至2020年9月，我國總計建設5G基站50萬座，5G終端連接數量超1億，已初具規模，預計2020年底建造、智慧港口等多個領域已有典型應用案例［4］。5G網絡覆蓋全國地級以上城市，5G在智能電網、智能5G是目前已商用的技術中最先進、產業發展趨勢鐵路5G關鍵技術分析和發展路線王同軍無線通信的40、60和90GHz等毫米波頻段通信系統，并積極推動將90GHz頻段系統納入5G標準。韓國鐵路無線通信使用150、400、700、800MHz和18GHz頻段，計劃將800MHz集群通信替換為700MHz頻段LTE-R系統。1.2我國鐵路我國鐵路專用通信用于支持行車指揮、列車控制、安全防范、生產作業、經營管理、應急搶險等方面的信息承載和調度通信，發揮著不可替代的重要作用。目前，我國鐵路專用移動通信主要采用450MHz無線列調和900MHzGSM-R系統。現有7萬km線路仍在使用。自2012年起，工信部停止相關產品型號核準，沒有產品可以供貨，鐵路沿線現有450MHz無線列調設備普遍使用10年以上，急需升級改造。管部門支持下，鐵路取得了寶貴的900MHz頻率資源21世紀初，為滿足我國高速鐵路發展，在國家主450MHz無線列調制式落后，采用模擬對講技術，最好、適合行業應用的寬帶移動通信技術體系，是構建鐵路智能聯接的首選。推進鐵路5G專網系統的建設和應用，既是落實我國5G新基建戰略部署的重要舉措，同時在實現鐵路現代化、數字化、智能化，保障鐵路運輸安全，鞏固我國鐵路在世界領先優勢等方面具有重要支撐作用。11.1鐵路移動通信發展現狀國外鐵路為保證列車運行控制和調度指揮互聯互通，歐盟發展GSM-R系統，現已部署線路6.5萬km，有力支撐了高速鐵路、重載鐵路、高原鐵路的調度指揮、列控、重載列車同步操控等多項安全運用［5］。近年來，隨著通信技術的快速演進和升級換代，公網GSM逐步退網，GSM-R產業支撐能力也隨之萎縮。10余年來，我國高速鐵路實現了優質快速發展，于1997年開始部署GSM-R系統，承擔列車調度通信、列車運行控制等功能。根據歐洲電信組織2018年提交的報告，歐盟20多個國家部署GSM-R系統，總里程約10萬km。國際鐵路聯盟（UIC）于2014年正式設立未來鐵路2017年開始進入智能化引領階段［2］。隨著智能京張的開通運營和智能京雄的即將開通，已初步形成智能鐵路應用格局；預計到2025年，將全面掌握從設計、建造到運營的全產業鏈技術；到2035年，實現鐵路運營全面自主操控、無人化［6］。隨著我國鐵路向數字化、智能化方向發展，新一代列控、多媒體調度通信、智能調度指揮、移動視頻監控、基于建筑信息模型（BIM）的智能建造、自學習及自適應的譜系化智能動車組、全面感知的列車無人駕駛（DTO）、面向多種交通方式的智能綜合協同指揮、旅客無障礙出行服務［6］等各種新業務不斷涌現，鐵路移動通信業務需求不斷增長。450MHz模擬對講和GSM-R技術均以語音業務為主，GSM-R僅具備窄帶數據傳輸能力，現有鐵路移動通信系統已成為制約智能鐵路高質量發展的瓶頸。移動通信系統（FRMCS）項目，開展鐵路下一代移動通信技術研究工作。FRMCS項目研究下設功能、架構和技術、頻譜3個工作組。截至目前，FRMCS已發布用戶需求規范（URSV5.0.0），并計劃于2021年發布第1個完整版本的功能需求規范（FRS）和系統需求規范（SRS）。德國鐵路計劃于2019—2024年進行5G的研究和試驗，期間繼續部署900MHzGSM-R系統；2025—2034年規模部署5G。日本鐵路目前主要以150、300和400MHz頻段承載列車無線通信業務。近年來，在高頻段通信技術上的研究進展較為迅速，先后研發、試驗了用于列車-2-CHINARAILWAY2020/11鐵路5G關鍵技術分析和發展路線王同軍站、候車、乘車、出站等全環節的出行服務，要求通信連接無處不在；構建智能運維系統，通過實時回傳基礎設施及移動裝備狀態數據，分析劣化機理及演變規律，實現預測性維修；通過高鐵固定設施、移動裝備、運輸過程及自然環境等的狀態感知，實現設備故障、行車事故趨勢預測預警，做到超前防范；構建貨場貨物交接、裝卸等生產組織自動化體系，通過視頻和數據信息實時交互，實現貨場作業遠程操作，打造智慧貨場。組織原中國鐵道科學研究院等單位，從頻率、標準、業務、系統研發和試驗等方面對鐵路下一代移動通信技術開展相關技術研究，重點對LTE-R等技術進行全面研究和系統試驗，取得了一系列研究成果；同時對5G技術、標準、產業進行密切跟蹤和研究，為后續開展5G研究奠定了基礎、積累了經驗。2015年，原中國鐵路總公司科技管理部和運輸局2智能高鐵對移動通信的業務和功能需求在我國智能鐵路體系架構中，智能建造、智能裝將以上業務需求映射為通信系統功能，要求系統支持點對點、點對多點等多種通信方式；業務類型應支持語音、數據和視頻多媒體通信；同時要求具備集群調度、多優先級保障等鐵路特有功能［7］，實現業務綜合承載。按照應用場景劃分，大體可分為鐵路正線連續廣覆蓋（高速場景，滿足調度指揮、列車運行控制、接近預警、超視距駕駛等車地、車車通信需求）、站場熱點區域（低速或靜止場景，滿足客貨站、編組站、動車所等多類型作業需求）、沿線固定設施狀態感知（靜止場景，對沿線重點線路區段、關鍵基礎設施狀態監測等）和智能移動體通信（高速或相對靜止，包括列車定位、移動裝備監測和診斷、客運服務、車內視頻下傳等）。不同場景下，通信體相對速度、業務帶寬、可靠性、連接數量的要求差異較大。與之前各代移動通信技術相比，5G的綜合承載能力得到了全面提升。針對鐵路復雜多變的應用場景，可充分發揮5G的技術優勢。備、智能運營共涉及15個應用系統和16個服務方向［2］，通過移動通信系統，將云端大腦、集中管控系統與現場各子系統作業終端聯接，形成互聯互通、協同互動、有機統一［3］的關系，對移動通信的承載能力和服務質量提出了新的要求。（1）在智能建造方面，以BIM+GIS技術為核心，應滿足工程設計及仿真、數字化工廠、精密測控、自動化安裝、動態監測等工程化應用，以及勘察、設計、施工、驗收、安質、監督等環節［3］對移動通信的需求。例如，解決勘察數據高效采集和傳輸，BIM的精細化建模以及BIM工程管理平臺和現場施工的實時數據交互，橋隧路軌、客站、四電等施工現場的智能化作業，智能工地現場數據實時回傳和分析。通過建造過程智能化信息實時交互，全面提升建筑工程和生產制造的質量、安全、環境、效益的管理水平。（2）在智能裝備方面，著重解決全方位態勢感知、自動駕駛、運行控制、故障診斷、故障預測與健康管理［3］的通信需求，實現高鐵移動裝備及基礎設施的自感知、自診斷、自決策、自適應、自修復。例如，車車通信列車接近預警、司機超視距駕駛、列車運行控制、自動駕駛、多媒體調度通信等新技術應用，可提升運輸生產安全水平和效率；通過實施鐵路沿線遠程視頻實時監測、技術作業站智能調車等技術手段，可減少沿線巡檢人員、現場調度人員數量，降低勞動強度，提高工作效率。（3）在智能運營方面，主要包括極致便捷的出行服務、預測性運營維護、主動性安全防控和智能化經營管理［3］的通信需求。例如，為旅客提供購票、進35G技術特點及適用性分析從本質上講，5G技術集成多種先進通信信息技術為一體，實現數據類型多元化、寬窄帶業務融合化、通信連接泛在化、應用場景多樣化、服務質量差異化，滿足萬物智聯的需要。3.1應用場景5G技術支持增強型移動寬帶（eMBB）場景、大規模機器類通信（mMTC）場景和超可靠低時延通信［8］（uRLLC）場景（見圖1）。CHINARAILWAY2020/11-3-鐵路5G關鍵技術分析和發展路線王同軍度現場和列車環境，將列車運行前方路況和前車狀況視頻圖像、視頻分析結果等信息傳送到駕駛室內，調度系統向列車發送圖形化的進路預告信息，調車作業前方和尾部路況視頻實時回傳等，將有效提高行車等運輸生產安全水平。3.2.2大連接大連接特性主要是針對物聯網場景，支持每平方公里100萬數量的用戶連接密度，終端采用低功耗、低速率的通信技術，適合現場長時間使用，單終端的傳圖15G應用場景輸速率可達百kb/s，支持運行速度較低或靜止。實現智能鐵路的全面感知和泛在互聯，需要將鐵路沿線、站場分布的大量基礎設施、生產裝備狀態傳感數據上傳給集中管控和云端大腦進行綜合智能分析。5G的大連接特性適合于此類業務，將為鐵路物聯網應用的快速發展提供通信支撐。利用5G大連接特性，實時回傳橋梁、隧道、路塹、長大坡道、站房等重點區域的大量傳感數據，實現對鐵路沿線風、雨、雪、地震等更廣范圍、更大密度的信息精準感知和實時傳輸，提升沿線基礎設施、自然災害的安全監測水平。3.2技術特點5G技術標準由國際標準組織第三代合作伙伴計劃（3GPP）統一制定。2018年6月頒布第1個版本R15，2020年7月頒布R16，預計2021—2022年頒布R17。目前，5G標準處于持續演進過程中（見圖2）。5G具有大帶寬、大連接、高可靠和低時延的技術特點。3.2.3圖25G標準演進高可靠、低時延制等場景，支持低至1ms的空中延遲，傳輸可靠性可5G高可靠、低時延特性主要針對車聯網、工業控3.2.1大帶寬達99.999%，相對于4G大幅提升。為實現高可靠、低時延特性，需要采用短數據包傳輸和重傳技術，結合邊緣計算技術，將數據在靠近終端的本地進行處理。在鐵路站場，智能調車、智慧貨場相關控車業務安全可靠性和實時性要求高，且業務數據均在作業場站本地進行交互和處理，通過設置邊緣服務器，利用5G的高可靠、低時延特性，可承載智能調車關鍵業務人”的作業需求，提高作業效率和安全水平。應用，滿足智慧貨場“車流不息、作業繁忙、不見一輸場景，可支持1.5Gb/s的峰值數據速率和100Mb/s的多用戶體驗速率，最高支持500km/h運行速度。5G大帶寬特性主要針對高清視頻、大容量數據傳由于5G頻率利用率已接近香農定理的極限，增加數據傳輸速率需要占用更多的頻率資源，目前公網5G系統普遍采用的頻率帶寬均在100MHz以上，同時在基站部署大規模天線陣列實現多流數據傳輸（MIMO）。鐵路5G專網由于頻率資源受限，預計在2×10MHz頻率帶寬條件下的數據傳輸速率最大可達到60～70Mb/s。基于移動閉塞和衛星定位的下一代列控、多媒體調度通信、基于車車通信的列車接近預警、司機超視距駕駛、列車狀態數據下傳等業務的數據量大，對數據傳輸速率要求高，5G大帶寬特性可為此類業務提供支撐。利用5G大帶寬特性，實現調度人員能直接看到調3.33.3.1鐵路適用性分析切片技術5G網絡系統具備大帶寬、大連接、低時延的特點，但這些特性針對某一特定業務不能同時提供，需利用網絡切片技術分別實現，滿足不同應用場景和業務的特定需求。網絡切片是在同一系統中切分出多個端到-4-CHINARAILWAY2020/11鐵路5G關鍵技術分析和發展路線王同軍端的邏輯網絡，貫穿無線網、接入網、傳輸網、核心網，每個邏輯網絡提供特定網絡能力和特性，對應不同的時延、安全性和可靠性等需求，以靈活應對不同的網絡應用場景。通過切片技術，采用1個物理網絡提供多個邏輯網絡的服務，共用物理資源降低成本，通過邏輯隔離業務定制、生命周期管理，提升運維效率。5G的切片方式靈活，可按照需求提供強隔離、弱共享或者弱隔離、強共享的切片服務，支持按業務屬性和用戶屬性2個維度進行切片劃分。（1）按業務屬性劃分切片，用于對不同等級業務需求提供不同隔離級別的網絡資源。對于列控和調度語音通信等服務質量要求高的業務，可采用強隔離、弱共享方式，從而在分組域網絡中為高可靠性業務提供等同于電路域服務質量的保障效果。對于實時性、可靠性要求不高的業務，例如運營維護、監測類業務，可采用弱隔離、強共享的切片，最大程度共享網絡資源，提高系統利用率。按業務屬性劃分切片示意見圖3。圖4按用戶屬性劃分切片示意圖此外，利用公網承載鐵路非行車相關業務時，可采用對公網資源進行切片的方式，將鐵路業務與公網業務進行物理或邏輯隔離，保障鐵路業務的服務質量和安全性。3.3.2移動邊緣計算（MEC）技術脫核心網“中心化”的約束，支持靈活的MEC部署方式，使數據的路由、計算、處理和存儲更加靠近現場和用戶。以鐵路站場業務為例，此類業務一般集中在站場區域內，與正線業務關聯較小。通過在站場部署邊緣計算平臺，數據不需要到鐵路局集團公司核心網進行交5G采用控制面與用戶面分離的架構，用戶數據擺換，在站場本地即可進行實時分流、快速處理，一方面提高了網絡數據實時性、安全性和可靠性；另一方面可減少數據回傳對承載網的壓力，避免網絡擁塞。3.3.3圖3按業務屬性劃分切片示意圖更精細的服務質量保障機制特性和15個優先等級，可滿足不同業務對服務質量和5G定義了8類服務質量參數，支持26種服務質量（2）按用戶屬性劃分切片，用于為不同級別、不同身份的用戶提供定制的網絡資源服務。例如，可考慮按使用場景將終端劃分為車載類終端、手持類終端、物聯網類終端，或者結合業務功能將終端劃分為語音類終端、數據類終端、視頻類終端或多媒體終端等，按照實時性、可靠性、安全性的不同要求，為各類型終端劃分不同的通信網絡資源。按用戶屬性劃分切片示意見圖4。優先級的要求，并支持準入控制、擁塞控制和業務搶占機制等，相比于GSM-R和LTE系統，5G服務質量保障機制更加精細。在5G終端與核心網只建立1個無線承載的情況下，也能實現業務數據的差異化傳輸，降低建立通信鏈路的信令開銷。鐵路業務應用種類繁多，總體可分為行車應用類、運營及維護類、旅客服務類等，不同類型業務的優先級和對通信質量的需求差異大。在進行綜合業務承載CHINARAILWAY2020/11-5-時，利用5G精細的服務質量等級和保障機制，對不同業務加以區分，確保高優先級關鍵業務通信順暢。利用5G多優先級保障機制技術，可為列控業務提供高優先級通信服務，支持列控系統向移動閉塞、車車間列控交互信息和全自動無人駕駛方向升級，及時提供衛星差分信息、速度信息、列尾位置信息、電子地圖、線路視頻等，可進一步縮小列車追蹤間隔，提升行車效率。鐵路5G關鍵技術分析和發展路線王同軍請工作至關重要。移動通信新技術的發展，不僅會導致無線頻率重耕，也會促進業務的遷移與整合。以5G為牽引，整合鐵路無線頻率和業務應用，一方面可提高鐵路頻率資源的利用率，規范無線通信業務管理；另一方面可以更好地支持國家頻率規劃，為鐵路5G專用頻率指配提供技術支撐。在申請5G專網頻率的同時，需研究鐵路既有業務遷移和頻率騰退方案和計劃，可考慮率先開展450MHz模擬對講、800MHz單頻點業務遷移和頻率騰退工作。3.3.4增強的高速適應性路場景使用。為提升高速適應性，5G提供了多種子載波寬度，有利于降低多普勒頻移產生的載波間干擾影5G標準規定支持500km/h運行速度，適合高速鐵4.2技術成熟度我國鐵路通信技術發展路線與UIC一致，即基于標響；5G系統設計了靈活的解調參考信號（DMRS），將信號的時間密度增大，可及時跟蹤無線信道的快速變化，提升終端在高速條件下的解調性能；5G還設計了更短周期的探測參考信號（SRS），對上行信道的估計更加準確，有利于實現更精準的波束賦形算法，跟蹤終端的快速移動。準化技術體系，結合鐵路特點構建鐵路專網。公網運營商的規模應用，現已發展成熟；隨著2020年R16標準版本的頒布，規范了mMTC和uRLLC的技術特R15標準版本規定了eMBB的技術特性，經過5G在性，需通過公網規模應用逐步成熟完善。在此期間，根據鐵路應用場景和業務需求特點，研究適用于調度通信、列控等鐵路業務特有需求，且滿足高速適應性、可靠性、冗余性和專用頻率特性等特殊功能和技術要求，開展鐵路專用關鍵技術和產品的研究、開發、試驗驗證等工作，形成成套鐵路5G專網標準體系，預計需要3～4年。屆時，5G在公網應用的技術和產品也將成熟，在此基礎上，疊加經過試驗驗證的鐵路專用功能，并通過試用考核，可形成技術成熟的鐵路5G專網產品，具備規模部署條件。4發展鐵路5G的制約因素與對策在鐵路5G發展過程中，無線頻率、技術成熟度、產業支撐和生命周期、技術經濟性、網絡安全、人才儲備等是需要重點考慮的關鍵性因素，存在制約鐵路5G發展的可能，需要通過技術創新、管理創新、政策支持等途徑化解。4.1無線頻率頻率資源始終是移動通信發展需要考慮的首要因4.3產業周期根據全球移動通信系統協會（GSMA）統計，截至素之一，無線電頻率是實現鐵路新一代移動通信技術創新發展的基礎和先決條件。隨著移動通信向寬帶化發展，考慮到低頻段頻率資源有限且處于碎片化分配，公網5G系統主要采用中高頻段工作。在我國鐵路可選的5G頻段中，2100MHz頻段最低，經論證，采用2100MHz頻段（2×10MHz）部署基于5G技術的鐵路新一代移動通信系統，在技術特性、承載能力、運用方案、組網和頻率使用率、干擾保護、系統運行和維護等方面，具備可行性［9］。系統工作頻率將影響設備研發和定型、技術標準制定、頻率特性研究和試驗等工作，盡快完成頻率申目前，全球共建成106張5G網絡；預計2025年全球20%的無線聯接將采用5G。根據全球市場研究出版商QYRearch數據，2021—2026年中國和全球每年5G宏基站部署數量預測見圖5［10］，未來幾年將是5G系統的大規模部署期。根據全球無線行業咨詢機構RysavyRearch預測，全球5G產業總量預計2040年達到頂峰，5G將有一個［11］較長的生命周期（見圖6）。另一方面，由于移動通信技術的發展和更新換代較快，根據GSM、3G的產業經驗，5G的產業發展和持-6-CHINARAILWAY2020/11鐵路5G關鍵技術分析和發展路線王同軍緣計算、用戶面和控制面分離等，同時滿足移動寬帶、物聯網、高可靠低時延等場景業務需要，可為鐵路關鍵業務提供服務質量保障。（2）經濟性。目前5G產品的價格較高，是4G產品2～3倍。隨著未來5G系統在公網市場的大規模部署，借助公網的產業支撐，預計2024年開始規模部署鐵路于合理的價格水平。5G專網時，設備費用較目前將有較大下降，預期可處圖52021—2026年5G宏基站部署數量預測（3）能耗。按照通常估算，公網5G每基站能耗為4G的2～3倍［12］，主要由于5G占用的頻率帶寬100MHz以上，遠超過4G系統20MHz的頻率帶寬，5G基站可提供10倍于4G的網絡承載能力。對于鐵路5G專網而言，占用頻率帶寬預計為2×10MHz，而且用戶量、業務量與公網相比相差大，能耗將小于5G公網基站。初步核算，鐵路5G專網基站設備功耗800～900W，較4G基站增加10%～20%，較GSM-R基站增加1倍左右。業界正在研究采用智能自適應休眠、智能升壓、光伏太陽能供電、液冷降溫等創新技術［12］，以降低5G基站能耗。圖6移動通信生命周期預測續時間也可能隨著新一代移動通信技術的投用發生變化。鑒于此，在推進鐵路5G發展時，應遵循“應用與系統解耦”和“硬件與軟件解耦”的策略進行設計和部署。首先，在實現應用與系統解耦時，兩者通過IP接口互聯，標準化接口協議，實現應用系統和通信系統各自獨立演進，互不牽扯和制約。以基于IP的列控業務研究為例，網絡演進為5G或其他IP化網絡，接口協議可保持統一不變，使通信系統的演進更為靈活。其次，5G核心網支持硬件與軟件解耦。5G核心網采用基于服務化的架構（SBA），利用網絡功能虛擬化（NFV）和軟件定義網絡（SDN）技術，通過在標準化硬件上運行軟件模塊實現不同的網元功能，從而將網元的軟、硬件解耦。當服務器等標準化硬件升級換代，其性能將不斷增強，只要提供足夠的算力，軟件進行適當的適配即可繼續使用，有利于延長5G的生命周期。4.5網絡安全5G采用全IP方式，在實現多業務綜合承載時，終鐵路應用業務需要綜合利用鐵路專網和運營商公端和地面側均存在接入安全和業務隔離問題。網2部分資源，才能實現鐵路移動裝備、固定基礎設施、運營和維護人員的泛在互聯。這種公專網融合應用天然存在網絡和信息安全風險。開展網絡安全專項研究是鐵路5G技術應用創新研究的重要組成部分。在鐵路安全技術研究基礎上，需借鑒其他專網、公網的安全防范經驗，運用好5G提供的網絡切片功能，利用統一的地面接入和安全管控平臺，結合終端側的安全認證和防護措施，實現公專網系統隔離、業務隔離和終端安全接入，構建安全可信的鐵路5G網絡。4.4技術經濟性（1）技術能力。與GSM-R相比，鐵路5G單用戶數55.1鐵路5G專網發展路線總體思路建設鐵路專用移動通信網是全球鐵路行業的一致據傳輸帶寬由幾十kb/s提升到幾十Mb/s，提升千百倍，數據傳輸延時由幾百ms縮短至幾十ms，縮短90%；與4G相比，5G頻譜效率更高，支持業務和用戶切片、邊CHINARAILWAY2020/11選擇。鐵路專網采用專用頻率，獨立建網，安全可靠性高，主要承擔調度指揮、列控等行車安全相關的關-7-鍵性核心業務。鐵路5G專網建設和應用，應秉持新發展理念，堅持創新驅動、協調有序、開放融合、合作共享的原則，以鐵路行業優勢科研力量為主體，積極聯合國家相關科研部門、高等院校、設計院、設備供應商等力量，發揮相關科研機構及5G產業鏈上下游企業優勢，依托國家級、中國國家鐵路集團有限公司等科研課題，通過技術合作，協同開展5G專網關鍵技術攻關、主要裝備研發等，制定技術和裝備標準規范，形成具有自主知識產權的鐵路5G專網技術體系和系列專用設備。同時，應強化頂層設計，統籌規劃、分步實施。鐵路5G關鍵技術分析和發展路線王同軍3～4年時間，完成鐵路5G專網關鍵技術攻關、主要專用設備研制，主要標準制定、試驗驗證及試用考核等開展工程示范，為鐵路5G專網規模建設部署奠定基礎。（2）在示范考核階段，完善鐵路5G專網標準體系；按照鐵路行業新產品上道流程，開展鐵路5G專網系統和應用主要設備試用考核（包括無線網、列控、調度通信等）；啟動車載終端的更新改造，為450MHz無線列調、GSM-R向5G演進的過渡期內列車跨網運行提供條件；啟動全路共用設備、核心網集中建設；啟動承載網建設。（3）在應用部署階段，完成全路共用設備和核心網的集中建設；完成車載設備的集中改造；對于新建鐵路，同步推進鐵路5G專網建設；對于既有鐵路，按照大修周期和急用先上的原則開展鐵路5G專網改造；同步推進承載網的建設和改造。至2030年前后，全面建成鐵路5G專網，實現高鐵所有線路和普速主要干線鐵路移動通信系統全面升級換代。通過推進鐵路5G發展，為建設數字化鐵路、智能鐵路提供重要技術支撐，樹立5G行業應用典范。工作，在條件具備且示范效應較好的線路先行先試，5.2建設原則鐵路5G專網建設要按照“統一標準、統一規劃、集中接入、集中采購”的原則實施。（1）統一標準。基于3GPP的5G標準，結合鐵路特殊應用和安全可靠性要求，建立鐵路5G專網技術標準體系，并結合3GPP標準進度平滑升級，實現規范應用和互聯互通，有利于降低成本，并易于維護。（2）統一規劃。按照先終端后網絡、先核心網后無線網、先示范后推廣的實施思路，部署鐵路5G專網系統。在系統過渡期內，全路將同時存在鐵路5G專網、GSM-R和450MHz無線列調等多種移動通信系統，通過率先部署多模車載設備，實現列車跨線、跨網運行，實現系統平穩過渡。（3）集中接入。考慮到鐵路應用需求多、差異大，構建地面統一接入平臺，各類非列控業務統一接入鐵路5G專網系統核心網，實現集中接入、認證和安全管控；構建車載移動通信節點，實現調度通信和非列控類車載業務統一接入鐵路5G專網無線網，解決多個專業各自裝備通信模塊空間受限問題，減少車頂天線數量，實現合理布局。（4）集中采購。借鑒公網運營商集采模式和經驗，研究規模化部署條件下的聯合集中采購方案，降低設備全生命周期綜合成本。6結束語深入貫徹落實黨中央關于加快“新基建”的決策部署，聚焦“交通強國、鐵路先行”，需要緊密結合鐵路特點，應對新形勢，積極推動新時代鐵路高質量發展。合于鐵路多場景應用需要。在智能鐵路總體架構中［6］，智能傳輸層是連接各個部分的神經網絡，采用5G技術為智能高鐵大腦平臺、智能建造、智能裝備、智能運營構建鐵路多專業、多場景智能聯接平臺，無疑將成為智能鐵路技術體系中最為重要的信息交換樞紐和基礎支撐條件。新技術的發展和換代帶來新的發展契機。5G作為新型通信技術，通過與鐵路各專業應用技術深度融合，將為提升工程建造和運輸生產安全與效率、提升固定基礎設施和移動裝備監測水平、提升客貨運輸服務品5G技術具有多元化、寬帶化、泛在化等特點，適5.3實施路線按照研發試驗、示范考核、部署應用3個階段有序推進鐵路5G專網建設。（1）在研發試驗階段，完成專用頻率申請；利用-8-CHINARAILWAY2020/11鐵路5G關鍵技術分析和發展路線王同軍本刊特稿［8］2020andbeyond：M.2083［S］.Geneva，［9］中國鐵道科學研究院集團有限公司，中國鐵路設計集團有限公司，北京全路通信信號設計院集團有限公司，等.基于5G技術的鐵路新一代移動通信頻率技術可行性研究［R］.北京，2020.［10］5Gbastationindustryre?archreport，growthtrendsandcompetitiveanalysis2020-2026［R］.Albany，ionaltechnology［R］.Bellevue，2019.質、降低運營維護成本提供支撐，助力鐵路數字化轉型升級，賦能中國鐵路向智能化發展。5G技術代表著新的生產力，其發展也非一蹴而就，如何構建與之相適應的生產關系，創新新機制、新業態，培養人才支撐隊伍，促進鐵路既有管理體制改革，是后續需要研究和思考的深層次問題。參考文獻［1］國家互聯網信息辦公室.數字中國建設發展進程報告（2019年）［R］.北京，2019.［2］何華武，朱亮，李平，等.智能高鐵體系框架研究［J］.中國鐵路，2019（3）：1-8.［3］王同軍.中國智能高鐵發展戰略研究［J］.中國鐵路，2019（1）：9-14.［4］GSMA，中國信息通信研究院.中國5G垂直行業應用案例2020［R］.北京，2020.［5］姜永富.我國鐵路專用移動通信技術發展思路探討［J］.中國鐵路，2019（4）：73-78.［6］王同軍.智能鐵路總體架構與發展展望［J］.鐵路計算機應用，2018（7）：1-8.［7］中國鐵路總公司.鐵路下一代移動通信業務和功能需求暫行規范：鐵總工電〔2018〕219號［A］.北京，2018.［11］5Gimplicationsofatrans?［12］鄔賀銓.5G商用一周年產業創新再出發［EB/OL］.（2020-10-17）［2020-10-26］.http：///wireless/2935/.責任編輯盧敏收稿日期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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