华为-通信行业：华为下一代铁路移动通信系统白皮书

CONTENTSCONTENTSCONTENTSCONTENTS目录目录............................................................................1.3无线通信技术现状...............................................................................................................2.1FRMCS网络服务分析...............................................................................................................................................................................3.2无线冗余组网方案...........................................................................................................................4.2多阵列智能天线提升FRMCS无线网络覆盖和容量.........4.3频偏预估和共小区技术保障高速列车稳定通信.............4.4冗余方案提升FRMCS无线网络可靠性........................4.54G/5G融合网络保障业务平滑演进和长期稳定运行........ 前言上个世纪90年代，在国际铁路联盟（UIC）的倡导和引领下，全球移动通信系统（GSM）被引入铁路行业，并形成了GSM-R铁路移动通信系统标准，GSM-R被广泛采用，并一直沿用至今。然而，基于GSM-R的铁路移动通信系统已不能满足未来数字铁路诉求，同时GSM逐步退网，其产业链也在加速收缩，这给全球GSM-R存量线路的维护、运营以及演进造成诸多枢纽地区及并线区域，已经出现容量受限问题；同时，由于系统高性能、高效运维、更好业务体验提出了新的诉求。而形成非常成熟的产业链，并在全球大规模商业部署。相比为了应对铁路移动通信系统升级换代的迫切需求，UIC于地支撑列控、列调、旅客信息系统等多业务，也进一步将建议频业可以依托3GPPLTE成熟的标准、频谱、生态、案，实现快速商用部署。基于产业链生态及频谱现状分普遍认为1.9GHz的终端生态较完善，频谱干扰可快速灵活部署的无线宽带网络满足铁路数字化发展的需求，本白皮书探讨FRMCS系统在无线技术选型、无线频率选择、网络部署方案等方面内容，并提出了相关建议，期望能为欧盟从1997年开始部署GSM-R网络，目前已部署GSM-R铁路线10万多公里。中国也从21世纪初引入然而，作为定制的铁路GSM系统，GSM-R铁路无线通信的现状与趋势随着铁路信息技术的发展，多媒体调度通信、基于移动闭塞的列控系统、列车车况实时监测、智能运维、铁路能工作组负责制定用户需求和功能需求。架构与技术工作组负责制定系统需求和技术方案。频率工作组负责研究频段进行了大量研究。根据欧盟委员会下属的无线频率委员会（RSC）发布的决议，在目前GSM-R的2×4MHz频•在2022年1月1日之前，成员国应指定并在非排他性基础上提供铁路移动无线电的配对频段874,4-8•欧盟成员国最迟应在2025年1月1日之务，为中国城轨行业的高速发展奠定了坚实的车地无线通信基础。也正是由于LTE在轨道交通行业的规模应用，奠定了LTE在轨道交通行业坚实的生态基础。同时，最新的无线通信技术已经完综合看来，基于移动通信2G技术的GSM-R已经无法满足铁路无线通信系统的发展要求。而基于4G/5G通用软硬件技术的FRMCS将是铁路车地无线网络发展的方向。得益于4G/5G通用的软硬件模块，也可以实现未来的长FRMCS网络服务分析FRMCS旨在建设数字化、智能、高效的铁路通信网络。相比传统GSM-R承载的TCS列控和语音列调外，01.01.列车自动运行(ATO)牵引、惰行和制动，送出车门和屏蔽门同步开关信号，运行速度、控车策略、站内停准停稳等信息，地面设备向车载设备发送运行计划、线路数据等信息。ATO信息对于车地无线通视频业务在数字铁路中发挥着重要作用。入侵报警、轨旁灾害报警、维修助手、驾驶员行为评估等功能，大大提高了铁路安全业务范畴，对于可靠性和优先级的要求不如列控和列调业务高。在某些区域例如车站和铁路站场，非安全视频业务可以考102131425267484大型车站普通车站行车FRMCS无线制式和频率选择无线电频率是铁路移动通信技术创新发展的基础和先决条件，涉及生态系统、成本和网络性能。以下我们将分如前所述，2021年9月28日发布的指令性规范（EU）2021/1730已经明确欧洲将使用FDD频段的874.4-880.0MHz（上行，终端到基站）/919.4-925.0MHz（下行，基站到终端）和TDD频段的1900-1910MHz作为FRMCS的无线频率。但是由于FDD2*5.6MHz属于传统的铁路无线频率，虽然3GPP已经频段（874.4-880.0MHz/919.4-925.0MHz），但当前这个频段还缺乏产业支撑，主流厂家均没有相关产品。同时，如何实现4G/5G和GSM-R在这个频段内的共部署而避免相互干扰也还需要理论和工程研究。因此，TDD制式分析TDD系统上下行共享同一频率上的无线帧，通过占用不同的时隙来区分上下行，用户可以根据业务需求不同，灵活TDDTDD支持上下行非对称业务，符合铁路业务特点铁路多媒体调度指挥通信、铁路物联网等。TDD系统可以根据上下行业务量的不同关系，灵活地进行上下行时隙配比，实现对TDDTDD不需要成对频率，频率获取难度相对较低对于FRMCS，2GHz以下频段可以更好实现大规模覆盖已经分配给了公网电信运营，如果采用必须有成对频段的FDD制式，势必将进一步增大频率申请的难度。有效利TDDTDD可以利用上下行信道的互易性FRMCSFRMCS网络架构分析铁路MCX服务器运营支撑系统FRMCS核心网IP承载网FRMCS无线接入网车载终端铁路MCX服务器运营支撑系统FRMCS核心网IP承载网FRMCS无线接入网车载终端手持终端随着无线通信技术和虚拟化技术的发展，4G和5G时代的网络架构与2G和3G时代相比发生了巨大络结构进一步简化，缩短了整网端到端传输时延。与端到端IP传输，这使得业务与网络解耦成为可能。从整体架构的角度来看，FRMCS网络由核心网、无线接下面对FRMSC最关键的核心网和无线接入网进行业务和组网分析。FRMCS无线网络架构方案替代传统宏基站。此方案一直延续至LT宏基站产品形态，转而全线采用分布式基站架构。BBU部署在铁路沿线的机房内，RRU部署则比较灵活，可以与FRMCS网络架构分析共站址双网络覆盖方式是在同一站址设置两套独立基站（天馈线采用独立或共用方式均可形成双层网络。共站址双网方案在中国城市轨道交通行业已经广泛部署，大量商用实际证明该方案成熟可靠、工程投资低、运工作频段工作频段(MHz)FRMCS网络架构分析根据UIC发布的FRMCS用例，站场/车站的通信方式很多种，如列车调度组成员之间以及货物检验人员、列车检验人员之间的语音、数据和视频通信、值班人员、地面操作员或任务关键场景。FRMCS系统在仅有对于交叉、交越区段，可采用多条线路共用基站的方式，基站设置在交叉或交越点附近，共用基站设置多副为避免相互之间产生干扰，可考虑采用窄波瓣分运营商公网可以使用相同宽频段漏缆覆盖，减FRMCS核心网设备具有网络接入控制、注册和连接管理、接入管理和移动性管理、注册区管理、策略控制等基本核心网功能，可承载核心网可靠性要求级别高，在组网方案上必须考虑核心网灾备。两套灾备核心网的业务面网元负荷分担模式，作为一种经济高效的解决方案，在单点故障时铁路应用业务无感铁路MCX服务器FRMCSFRMCS无线网络关键技术1900MHz频谱相比与900MHz在无线覆盖上有所减弱，为了节省铁路运营商的站点投资，需要寻找新技术来大功率终端提升FRMCS无线网络覆盖1------4------5- ----6------9----------------------------------------------------随着无线通信技术的发展，多天线发射和多天线随着无线通信技术的发展，多天线发射和多天线FRMCS无线网络关键技术------------------------------ ----------------------------- ----------------0------------------- ----多阵列智能天线提升FRMCS无线网络覆盖和容量在列车高速移动情况下，终端用户发生频繁在列车高速移动情况下，终端用户发生频繁FRMCS无线网络关键技术在高速移动场景下，受多普勒效应影响，接在高速移动场景下，受多普勒效应影响，接针对多普勒频移问题，基站利用上行信道导频信号进行终端频偏预估，并对终端频率进行持续校正。通过该技ffθθf从LTE时代开始，分布式基站架构广泛应用，基于分布式基站架构开发的RRU共小区技术已成熟应用。通过RRU拉远，一个BBU下的多个RRU可以在位置上分属不同站址，但是在逻辑上属于同一个小区。这样列车在多个FRMCS无线网络关键技术冗余方案提升FRMCS无线网络可靠性在铁路无线网络建设中，最为关注的就是网络整体的可靠性，需要确保单点故障不能影响安全类行车业务。在实际铁路无线网络部署中，可采用组网冗余、设备冗余、单板冗余等无线网络通过部署同站址双网实现同一区域的无线冗余覆盖。正常情况下双网同时工作，终端可以通过参数以通过环型组网的方式连接，当连接BBU和RRU的光纤故障时，可以实如果FRMCS核心网故障，铁路关键业务将受到很大影响。因此，FRMCS核心网的业务面网元应该采用主备方案来保证在设备故障后整网用户面业除了组网和设备级的冗余方案，FRMCS网络的基站和核心网设备的关键电源模块，主要控制处理单板等也都应该具备冗余备份能力。主用单板故障后系统应该有能力自动切换到备用单板，无需人工干预。另外，网络设4G/5G融合网络保障业务平滑演进和长期华为积极与产业伙伴一起深入研究4G/5G无线宽带技术在铁路行业的应用，同时推动4/5G大功率终端的标准业数字化转型。LTE网络支持平滑升级到5G，使能FRMCS方案面向未来持续演进，在保护客户投资和业务稳定运该方案包含8T8R键网元。8T8R代铁路移动通信解决方案，代铁路移动通信解决方案，FRMCS商用方案。相新基站和大功率终端关新基站作为业界首款铁路定制组网能力。大功率终端是业界首款大功率车载台，发射功率可达SOLUTIONSCONCLUSIONCONCLUSION铁路FRMCS无线网络的发展，离不开标准的支持、产业的成熟、技术的匹配等各方面因素。作为铁路信息化、现代化、智能化的重要基础设施，厂家和铁路业主的共同推动。现阶段3GPP无线宽带技术应用已经相当成熟，借鉴3GPP成熟的生态用部署，它将是全球下一个成功的