铁路5G-R系统技术标准解读

铁路5G-R技术标准体系对于指导5G-R系统工程建设与运营维护,支撑5G-R系统设备制造与测试验证,实现不同厂商设备之间的互联互通,引导5G-R产业良性发展具有重要意义。为便于相关人员对铁路5G-R系统更深入地了解和运用,介绍了铁路5G-R技术标准体系的研究背景、形成过程、构建原则,以及标准体系的分类和构成;阐述了铁路5G-R技术标准研究进展情况,包括已经发布的标准规范和近期标准编制与发布计划;从标准编制过程、编写思路、标准规定的主要内容、标准发挥的主要作用等几个方面,重点对已经发布的《铁路5G专网业务和功能需求暂行规范》《铁路5G专用移动通信(5G-R)系统总体技术要求(暂行)》两项系统类标准进行了深入解读。

5G-R系统核心网5GC组网技术和部署方案研究

5GC是5G-R系统核心网的重要网元,是实现5G-R系统承载无线调度通信、列车运行控制、行车指挥、运营维护信息传送等多种应用业务的关键。为了保证各种应用业务的实时性、可靠性、可用性和可维护性,基于国际3GPP规范,分析了5GC架构和网元功能;结合铁路业务需求、维护需求和应用场景,梳理归纳了5GC组网原则;研究各铁路局集团公司5GC规划部署方案,提出了5GC云平台架构和建设方式等建议;结合5GC网元功能和组网技术,提出了5GC各网络功能容灾备份组网方案建议,AMF/SMF/UPF等网络功能可采用负荷分担方式,其他网络功能宜采用主备工作方式。

基于5G-R的铁路物联网固定终端连接管理平台方案

5G-R系统是铁路下一代数字宽带移动通信系统,在民用5G系统的基础上针对中国铁路应用场景定制化开发。在高带宽、大连接、低时延的标准特性上,增加了集群通信、智能呼叫、位置管理等铁路特定功能。为适应智能铁路物联网需求发展,面向铁路沿线5G-R网络覆盖,针对铁路物联网数据回传与行车业务数据共网回传的需要,在5G-R体系中提出连接管理平台功能实体。连接管理平台用于管理铁路物联网中进行基础设备设施监测检测的地面固定终端,通过协调数据发送计划,平衡无线网络话务量,实现对无线资源的统一调度,在保障行车数据传送的基础上实现铁路基础设备设施监测检测系统数据有序回传。针对铁路基础设备设施监测检测系统固定终端的业务需求,对连接管理平台的系统架构、功能组成、运维管理提出细化方案。

高速铁路通信系统小区合并组网性能研究

为提高高铁应用场景下的无线通信速率,通信系统需向铁路5G专用移动通信系统(5G-R)演进,但5G-R系统的同频组网会带来频繁的小区切换和同频干扰问题,采用单频网(SFN)小区合并的组网方式是解决该问题的方法之一。为了进一步提升SFN系统的性能表现,在基站端和列车端进行天线分布式部署,构成分布式多输入多输出(MIMO)系统。为分析分布式天线部署对于SFN小区合并性能的影响,首先建立MIMO系统结构和传输模型;其次,建立可以描述列车高速移动时大尺度衰落和小尺度衰落的信道模型;最后,仿真分析系统容量和功率分配对分布式MIMO系统容量的影响。仿真结果表明,分布式MIMO系统比SFN系统在系统容量和小区覆盖方面具有更好的表现,且对信道环境的变化有更好的稳定性,并可以通过优化功率分配的方式进一步提高系统容量。

铁路5G-R基础设施管理系统研究

铁路5G-R系统具有基站布设密集、核心网采用云架构部署等特点,对基础设施运行的稳定性要求更高,导致运维难度有所提升。本文引入数据中心行业基础设施管理系统的概念,研究设置基础设施管理系统与铁路5G-R运维系统的互联接口,实现基础设施与5G-R运维系统的数据互通,形成有效的运维综合分析基础,有助于提升铁路5G-R的运维水平,为保障铁路5G-R安全可靠运行创造条件。

铁路5G-R基站节能方案研究

铁路新一代移动通信系统将采用5G-R系统。5G系统采用大规模天线,具有大带宽、高频率等特点,因此5G-R基站的用电量远高于GSM-R基站。为此从硬件、软件两个方面对5G基站节能技术进行分析,并对5G基站新工艺、新材料、仿生外观、符号关断、通道关断、载波关断和深度休眠等节能技术在铁路中的应用进行适应性分析;提出基于5G-R无线组网和话务量的节能方案,以及基于行车间隔的智能化节能方案,可为未来5G-R技术研究和工程建设提供参考。

基于5G-R的智能调度通信业务服务质量保障研究

首先提出了基于5G-R的智能调度通信系统架构,分析各组成单元的主要功能;其次研究了5G-R QoS保障原理,分析QoS流的映射规则、QoS参数,并在此基础上,根据语音、视频、数据等业务对网络的不同需求,提出铁路调度通信业务的QoS特性;最后,以语音个呼为例,对调度通信业务QoS保障进行了研究,包括QoS流建立流程及业务数据保障机制,可在网络资源紧张的情况下,保障数据传输速率,实现业务稳定运行。

铁路高架桥场景下分布式MIMO信道建模及性能研究

为评估铁路高架桥场景下无线通信系统性能,需建立能准确描述该系统小尺度和大尺度特性的信道模型。首先,建立高架桥场景下椭圆单环模型;其次,将莱斯K因子建模为与高架桥高度有关的函数,两者结合得到一种多跳随机信道模型,并对其进行非平稳性验证;然后,为扩大无线通信覆盖范围,采用在基站侧交错部署多个射频远端单元、在列车上部署多个车载移动中继的方式,形成大规模分布式多输入多输出(MIMO),在此架构下分析天线系统、射频远端单元、车载移动中继站的分布以及高架桥高度对信道容量的影响;最后,对该信道模型进行仿真测试。仿真结果验证了大规模分布式MIMO和车载移动中继系统具有的优势,并显著提高了信道容量。