特别策划·智能高铁2.0铁路5G-R系统关键技术创新蔺伟，王芳，高尚勇，石波(中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所，北京100081)摘要：从我国铁路应用场景出发，分析通信业务需求和运用特点。围绕铁路特定需求，在通用架构基础上，5G-R系统增加了铁路专用功能网元。在系统组网方面，重点论述5G-R核心网和无线网组网创新性关键技术，以适配铁路管理机制和可靠性要求。分析5G-R全路共用设备在冗余方式、功能下沉、故障检测和倒换机制等方面的技术优化与创新；5G-R无线网组网采用同站址设备冗余方式，分析RRU冗余、BBU冗余以及PCI规划等方面的技术创新；阐述车地综合传输系统在减少车顶天线、业务与通信解耦、统一时空基准、节省投资等方面的优势。关键词：智能高铁：铁路移动通信：5G-R:系统架构：组网技术：终端应用：车地综合传输中图分类号：U285文献标识码：A文章编号：1001-683X（2024)07-0104-10D0:10.19549/j.issn.1001-683x.2024.06.20.0050引言系统建设和运营经验，根据铁路业务需求和应用特点，构建适应铁路需要的5G-R专网技术体系。截至目前，2019年6月，我国5G系统正式商用，经过公网规铁路5G-R已初步建立标准体系架构，研发了核心网、模部署和应用，提升了装备成熟度，为行业应用奠定无线网和应用终端等设备，并在环行铁路5G创新实验了基础。未来，铁路智能通信主要体现在网络运行、室完成了系统功能、性能和接口等测试。目前，正在资源管理、系统维护和业务应用等方面的智能化】，开展环行铁路外场动态测试，验证系统组网、服务质铁路5G-R是实现铁路智能通信的重要底座。量等。下一步将在高速试验线开展高速适应性和承载发展铁路5G-R的基本思路是：充分借鉴GSM-R列控、调度通信等关键业务测试，为铁路5G-R的工程应用奠定坚实基础。基金项目：中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划项日(J2023G000:中国铁道科学研究院集团有限公司科1铁路业务需求和应用特点研开发基金项目(2023YJ107)第一作者：葡伟(1976一)，男，研究员。1.1运用场景E-mail:138从管理特点看，我国铁路通信按照全路、铁路局通信作者：王芳(1978一)，女，正高级工程师。E-mail:集团公司两级架构进行管理。一级系统负责全路通信CHINA RAILWAY 2024/07铁路5G-R系统关键技术创新蔺伟等特别策划系统运行状态的管理和监测，对跨铁路局集团公司业了与4G系统互操作功能。务进行组织协调；二级系统负责铁路局集团公司内系3组网技术创新统运行维护和业务管理。按照应用场景划分，铁路移动通信大体可分为铁3.1核心网采用两级组网路正线连续广覆盖、站场热点区域、沿线固定设施状为适配铁路通信全路和铁路局集团公司两级管理态感知和智能移动体通信4种场景[】。不同场景下，架构，铁路5G-R核心网按照全路共用设备、铁路局集通信体相对速度、业务带宽、可靠性、连接数量的要团公司核心网两级网络进行组网。求差异较大，对通信系统提出了差异化要求。3.1.1两级组网的技术优点1.2业务需求(1)与一级组网相比，两级组网可有效简化铁路局铁路5G-R系统的主要任务是为车地间列车运行控集团公司之间的信令链路（见图1，以5个铁路局集团制和调度指挥业务提供可靠的通信手段[3】，在确保运公司核心网为例)，链路需求、网络结构、路由组织简输生产有序运行、提高行车安全保障水平和运输生产化，便于运维管理，而且随着节点数增加其效果越明效率等方面将起到重要的支撑作用[41。显。在18个铁路局集团公司核心网间采用2条信令链路铁路5G专网主要承载与行车相关业务，分为行车负荷分担条件下，采用一级组网的铁路局集团公司核心指挥及控制、运营维护两大类，共计90项业务[51。这网间信令链路为306条，采用两级组网的铁路局集团公些业务可分为语音、数据、视频，呼叫方式有个呼、司核心网间信令链路为36条，信令链路数量简化了组呼、点对多点，铁路特定业务有功能寻址、位置寻88%址、呼叫限制等，需参考GSM-R系统既有的业务逻辑(2)在运营过程中，如采用一级组网，任何1个铁进行创新定制。路局集团公司信令点的调整，其余17个铁路局集团公围绕铁路管理体系、应用场景和业务功能需求开司的链路参数均需要同步调整。如采用两级组网，只展技术创新，是铁路5G-R技术攻关的重点和关键，涉需要调整本局和全路共用设备的相关配置。及5G-R系统架构、组网、功能、接口、业务综合承载根据以上分析，与一级组网相比，两级组网具有等多个方面。信令链路简化、修改核心网链路配置时关联范围小等2系统架构创新优点。不利之处是：一级设备为全路共用设备，一旦出现故障，会影响到跨铁路局集团公司业务。为此，铁路5G-R系统在通用核心网(5GC)基础上，主一方面应加强全路共用设备冗余配置，另一方面应尽要增加了铁路宽带集群通信设备(MCx)、智能网设备量简化全路共用的网元功能，将可在本地处理的业务(IN)、域名服务器(DNS)、远端拨人用户验证服务设功能下沉至铁路局集团公司5G核心网实现。5G-R系备(Radius)、设备识别寄存器(EIR)以及5G-R归属统在借鉴GSM-R经验的基础上，提出了更为优化的全服务器(5G-GRO3、5G-R接口服务器(5G-GRI9、路共用设备设置方案。车载无线通信设备运用维护管理系统运用维护业务转3.1.2全路共用设备设置思路发接口服务器(RMS-D、连接管理平台(CMP)等应(1)进一步加强全路共用设备冗余配置。与GSM-R用接口接人管理设备[61。全路共用设备在铁路局集团公司A和B各设置1个中心此外，通过引入服务通信代理(SCP)将信令链路相比，5G-R全路共用设备采用4中心部署，进一步强聚合，各铁路局集团公司5GC核心网间信令链路数量化了设备冗余性和抵抗自然灾害等不可抗力的能力由6000余条减少为300余条，实现业务与信令流分离，(见图2)。便于维护管理。5G-R系统根据铁路的实际需求，在(2)减少全路共用设备，尽量下沉部署到铁路局3GPP规范基础上完善了系统的话单记录功能，并取消集团公司核心网。与GSM-R相比，5G-R系统的全路01050CHINA RAILWAY202407特别策划铁路5G-R系统关键技术创新蔺伟等一级组网架构二级组网复构(局点阿两两互联)(各局点与全路共用设备互联)共用设备局点1局点2局点1局点5局点5局点2局点4局点3局点3局点4(a)一级组网架构(b)两级组网架构图1一级与两级组网架构对比铁路局集团公司A铁路局集团公司B铁路局集团公司A铁路局集团公司B共用设备1共用设备2共用设备1共用设备2共用设备3共用设备4VS5G-R5G-RGSM-R5G-R5G-RGSM-RGSM-R核心网核心网核心网核心网核心网核心网核心网铁路局集团铁路局集团同城异址部暴公司1公司2公司18铁路局集团公司1铁路局集团公司18(a)GSM-R(b)5G-R图2GSM-R、5G-R共用设备和核心网冗余配置组网共用设备取消了存储用户签约数据服务器、用户认证备份采用负荷分担、主备冗余、浮动P冗余、池组冗服务器，下沉至铁路局集团公司核心网。5G-R系统余等多种方式。无论何种冗余方式，能够有效检测到保留智能网、一级域名服务器、归属接口服务器、信故障是触发设备倒换的关键。GSM-R与5G-R设备间令转发设备等与跨铁路局集团公司业务有关的设备。链路检测和倒换机理见图3。对于此类承担全路业务的关键设备，在铁路局集团公对于GSM-R系统，GSM-R采用电路交换方式，设司对应设置二级设备，承担局内相关业务功能。当一备间判断对端设备状态时，仅检测链路状态，不检测级设备故障时，不影响局内业务正常运行，可降低设业务应用层状态。在某些极端条件下，设备应用层出备故障影响范围。GSM-R和5G-R全路共用设备对比现隐性故障，即不能正常处理业务且未触发告警，此见表1。时链路层正常工作，不会触发设备自动倒换，故障状(3)进一步优化主、备间倒换机制。全路共用设态无法自动恢复。备采用本地冗余和异地容灾备份方式进行部署，冗余与GSM-R不同，5G-R采用全IP交换方式，实现链C之CHINA RAILWAY2024/07