移动性增强技术在铁路5G专网中应用场景研究

超高可靠低时延通信是5G移动通信系统的三大特性之一,移动性增强是实现超高可靠低时延特性的一个关键技术。铁路5G专网同样也有高可靠性低时延的要求,列车在高速运行过程中,用户设备需要不断在相邻小区间进行业务切换,主要探讨移动性增强技术中的条件切换、双激活协议栈和快速切换失败恢复等3项功能在铁路5G专网中的应用场景。根据这3项功能的工作机制和铁路5G专网覆盖模型的特点,认为双激活协议栈和快速切换失败恢复对减少业务中断时延,保障列车运行安全具有很好的应用价值。

铁路5G-R系统不同MIMO基站工程应用分析

为分析5G-R系统不同多输入多输出(MIMO)基站在工程中的应用情况,实现5G-R系统基站的谱系化,对5G在2.1 GHz频段频分双工制式8T8R基站及终端产业链的发展情况进行调研,分析MIMO多天线阵列技术,从4个方面简明扼要地概括MIMO多天线阵列带来的增益。针对铁路正线及站场两类典型场景,提出不同MIMO基站的选择建议。对于铁路正线开阔区段,从设备安装方式、基站间距、无线组网方式、设备价格、既有GSM-R站址的重复利用、工程造价等方面,对不同MIMO基站进行对比分析;对于铁路正线隧道区段,从不同MIMO基站的覆盖能力、安装附件、安装空间等方面进行分析和对比。提出的8T8R基站与4T4R基站在新建线、既有线、隧道区段、站场等不同场景下的运用建议,对于促进5G-R系统基站的统型具有参考意义,并可为后续5G-R系统现场试验及工程部署提供借鉴。

铁路5G基站新风节能技术应用研究

随着5G网络建设在全国大规模开展,5G基站的高能耗问题也越发凸显。本研究以铁路轨道交通沿线5G基站为对象,分析了四个典型气候地区的5G基站空调负荷特征,探究铁路基站新风节能减碳应用潜力。结果表明,通过将新风直接引入室内,承担室内部分冷负荷,可以有效减少机房空调的开启时间,降低空调设备的运行能耗。设置新风系统后,四个典型气候地区的全年节能减碳率达到35.1%~62.9%,西宁地区的节能和减碳率最高,广州地区最低。

铁路5G专网宽带集群通信MC设备组网技术研究

为满足智能铁路的发展需要,我国铁路通信正在逐步向5G专网演进,其中,宽带集群通信MC设备是铁路5G典型应用的关键装备。智能铁路的发展对保障关键业务安全可靠提出了更高的要求,MC设备组网技术与集群和调度通信业务可靠性、稳定性密切相关。首先,阐释MC设备的系统架构和互联互通接口,提出MC业务功能需求,为组网技术研究奠定基础;其次,基于铁路5G专网建设规划,提出MC设备总体部署方案,并结合MC系统特点,提出相适应的云部署建议;最后,紧密结合铁路应用需求,通过研究主备、负荷分担、双活等技术,提出一种业务容灾能力更强的MC设备容灾备份方案。研究结果表明,所提出的部署和容灾备份等组网技术,能够为MC设备的工程应用提供指导,以提高系统和业务的可靠性;铁路宽带集群通信MC设备的应用,能够提供多媒体集群通信服务,为智能铁路发展提供有力的通信保障。

铁路5G专网大尺度信道建模

随着5G技术蓬勃发展,我国铁路行业积极探索5G技术应用。通过部署铁路5G专网,可以提升专网承载能力,降低时延,提高铁路安全性、可靠性。铁路5G专网大尺度信道建模可辅助网络规划,优化铁路5G专网基站布设间距,从而降低网内干扰,节省建设成本。针对铁路5G专网,搭建外场试验环境,选用SS-RSRP作为场强检测指标,采集120 km/h运行速度下的数据,对3GPP TR 38.901模型进行修正,对不同PCI下数据进行平均处理及等间隔处理,利用Savitzky-Golay方法进行滑动平均滤波,梯度下降法进行传播模型路损公式拟合,最后使用RMSE、MAPE两个指标验证拟合公式的准确性。结果表明,120 km/h下RMSE降低了13.42%,MAPE降低了10.71%。使用京张高铁实测数据对拟合公式进行检验,RMSE降低了43.32%,MAPE降低了45.76%,说明修正后公式较TR 38.901模型更为准确,模型泛化能力增强,更加吻合实测数据,可提升铁路5G专网场景下的适用性。

铁路5G技术创新应用探索

随着我国铁路智能化和数字化技术的不断发展,进一步推进铁路专用移动通信技术发展,并建立铁路5G技术体系成为必然趋势。介绍了国内外铁路通信技术发展现状和趋势,提出了面向智能高铁的5G应用场景和业务应用需求,分析了网络功能虚拟化、软件自定义网络、多接入边缘计算等5G网络侧关键技术。从业务需求出发,以创新自主、开放融合为原则,提出了基于铁路5G专网、5G公网和5G公专融合的创新应用方案。

铁路5G专网集群通信技术方案研究

首先介绍铁路调度通信、列车控制系统基本特点;在分析基于LTE的语音业务(VoLTE)技术和MC(关键业务)集群通信技术的基础上,针对铁路5G专网MC系统架构以及铁路5G专网集群通信技术应用方案进行研究。

铁路5G关键技术分析和发展路线

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。

铁路5G专网系统架构和组网技术研究

结合铁路5G专网业务与功能需求,提出铁路5G专网系统架构,同时基于5G基础设施云化、服务化架构、面向业务的网络切片等技术特点和铁路运输生产组织架构,对铁路5G专网核心网建设部署方案进行对比分析,并提出按需覆盖的铁路5G专网无线网覆盖需求,将铁路5G专网深入覆盖至铁路运营生产的每个环节,利用无线网络链接,形成广域的“物联网”架构,并针对不同铁路场景分别展开无线组网方案探讨。

国外铁路5G技术发展现状与趋势

随着自动驾驶、远程控制、物联网等新技术的发展,铁路行业通信需求持续增长,从GSM-R向基于5G的未来铁路移动通信系统(FRMCS)演进成为国外铁路行业发展的必然趋势,各类基于5G通信的铁路应用场景成为当下的研究热点。跟踪研究国外铁路行业关于5G技术的总体构想和典型应用场景,重点介绍国外铁路在5G专网构建、5G装备性能测试、列控系统、智能建造、运营维护、运输服务等领域开展的5G技术研发与应用项目,并结合当前进展和规划部署情况分析国外铁路5G技术的发展趋势。

2100 MHz频段铁路5G专网电磁兼容特性研究

2100 MHz频段电波传播特性良好,可申请作为我国铁路5G专网频率。但该频段与天通卫星通信系统、中国联通LTE系统的频率相邻,存在系统间干扰风险,可能影响铁路通信系统的可靠性。对2100 MHz频段铁路5G专网频率的电磁兼容特性进行研究,计算出与中国联通LTE系统所需的空间隔离距离,并提出在铁路基站加装滤波器、铁路基站与中国联通基站临近部署等干扰控制建议。

铁路5G应用的可行性及技术优势分析

随着铁路高速化、智能化发展,铁路无线通信系统不仅提供基础的语音业务,宽带数据业务也成为其主要业务方向。结合当前无线通信技术发展现状,探讨5G移动通信技术在铁路行业中的可行性与技术优势。展望未来,铁路5G专网将成为铁路无线通信发展的方向,为我国铁路智能化发展发挥关键作用。

铁路5G专网承载网技术研究

针对铁路5G专网对承载网提出的大带宽、低时延、高精度时间同步、灵活组网、网络切片及其协同管控等新需求,分析适应铁路5G专网的承载网关键技术。建议铁路5G专网承载网选择SPN、IPRAN2.0两种技术制式,提出适合铁路5G专网承载网技术架构建议。

铁路5G-R基站太阳能供电架构及应用

针对铁路5G专用移动通信(5G-R)系统基站布置密集、单体功耗高的特点,结合铁路无线通信的需求,研究采用太阳能(PV)为5G-R系统基站的射频拉远单元(RRU)设备供电的方案。对比分析5G-R系统RRU设备日用电规律及太阳能电池日发电规律,确定了采用太阳能结合储能与外电源的供电体系,通过比较几种太阳能电池与外电源组合供电架构的经济性与可靠性,推荐采用直流侧切换的供电架构,并进一步提出了采用直流侧智能配电的太阳能供电方案。本研究在保证5G-R系统运行安全可靠的同时,通过采用太阳能供电方式降低了铁路5G-R系统对外电源的需求。

欧洲铁路5G专网发展分析及思考

随着移动通信技术演进及铁路智能化发展,全球铁路移动通信专网正在向5G专网升级。国际铁路联盟(UIC)制定了面向未来铁路移动通信系统的升级计划,从标准、技术、产业、频率、试验等方面分阶段推进系统研发和部署,目标是2025年在欧洲开展第1版本铁路5G专网系统的部署。国际标准组织第3代合作伙伴计划(3GPP)根据铁路行业需求制定通信技术规范,不断演进的5G标准逐步满足未来铁路通信要求。介绍铁路5G专网发展背景,跟踪欧洲铁路5G专网技术发展情况,分析3GPP针对铁路行业技术规范和5G标准演进情况,对我国铁路5G专网技术发展提出建议。

铁路5G专用移动通信系统频率应用研究

针对铁路5G专网可应用的频率进行了研究;对国际5G系统频率规划及国内陆地移动通信系统频率分配情况进行了梳理和分析,提出了国内铁路5G专网系统可使用的频率;结合可用频率的技术特性、承载能力、高速适应性和干扰保护等方面对铁路5G专网承载业务进行了研究。

铁路5G专网应用需求研究及部署方案

通过对既有铁路移动通信专网现状的阐述,以及对于铁路移动通信应用需求的研究,重点提出3类铁路典型应用需求。结合铁路运用实际,提出铁路5G专网的概念,着重讲解铁路5G专网的功能架构,在此基础上,提出3种符合当前铁路移动通信专网建设要求的铁路5G专网部署方案,通过比较各自方案的优劣势,为未来铁路移动通信网络建设提供一定的理论依据,也为“5G+铁路”的快速落地和铁路智能化发展提供了基础支撑。

铁路5G专网与GSM-R语音业务过渡方案研究

通过分析铁路5G宽带移动通信系统(5G-R)与既有铁路GSM-R系统语音业务的过渡需求、主要通信业务流程、系统间的互联互通接口等,提出"双模终端+双网络共存(DMDN)"的过渡解决方案。对不同网络覆盖场景进行分析,总结5G-R/GSM-R双网络共存过渡期间的终端网络驻留策略以及关键业务设备MCx的业务处理策略,详细介绍双模双网场景下的语音业务流程和接口,为铁路5G宽带移动通信系统的标准制定和规划建设提供技术参考。

智能铁路条件下5G-R采用TDD制式的可行性研究

5G-R作为智能铁路的重要组成部分,为铁路基础设施智能监测、智能运维和智能运输等的建设及持续演进提供了大带宽、低时延和广连接的通信支撑。通过分析智能网络10种铁路应用业务通信模型对5G-R在应用业务承载和带宽等方面的需求,结果表明采用TDD制式构建5G-R通信系统在空口标准化和自适应化、网络延展性等方面具有技术优势,能够很好地满足铁路业务对车地通信服务质量的需求类型多、差异性大的特点,以及适应车地通信上下行带宽、速率需求不平衡不对称的特征。试验结果显示:采用TDD制式构建5G-R在频率资源调度方面具有更好的灵活性,在综合提高频谱资源利用效率方面具备独特优势,能够很好地适应350 km运营时速的高速铁路运用场景。

PLC与5G融合通信在铁路信号设备状态监测系统中的应用研究

针对铁路信号设备状态监测系统中常见的PLC+ADSL组网模式存在硬件设备复杂、带宽有限、维护难度大等问题,分析了铁路5G专网建设情况及应用场景,研究了PLC+5G专网融合通信在道岔缺口监测系统、信号设备故障预测与健康管理系统中的组网及部署方案,实现了监测数据的实时上报,并在包神铁路现场进行了验证。结果表明:相较于PLC+ADSL组网模式,PLC+5G的融合通信实时性更高、可扩展性更强、部署简单更灵活,具有较高的工程应用价值。