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到底什么是5G-R？

發布時間：2023-10-20 瀏覽次數：7378

什么是5G-R？

5G-R的英文全稱，是5G-Railway。Railway，是英文“鐵路”的意思。

在批復中，5G-R被稱為“基于5G技術的鐵路新一代移動通信系統”。其實，簡單來說，5G-R就是用于鐵路運輸行業的5G技術。

有的讀者可能會問：5G-R是不是給鐵路乘客上網用的？

答案是：No。

5G-R屬于專網（Private Network）通信系統。它是國鐵集團的專用5G網絡，專門用于滿足鐵路通信運營和管理需求，是鐵路內部使用的。而乘客上網，連接的主要是移動、電信、聯通等運營商的公網（Public Network）通信系統。

這兩種系統完全獨立和隔離，終端也不能混用。

正因為如此，5G-R才需要單獨申請頻譜，進行網絡建設。

國內5G-R的工作頻段是2100MHz。具體來說，上行1965~1975MHz，下行2155~2165MHz，各10MHz，采用FDD制式。

█ 鐵路專網通信，有哪些應用場景？

鐵路交通運輸，是典型的移動通信場景，對無線通信技術的需求非常強烈。

不管是高鐵，還是普速列車（綠皮車），不管是客運列車，還是貨運列車，都需要隨時保持與車站的緊密聯系，這是鐵路安全運行的基本前提。

歸納來看，鐵路專網無線通信包括以下幾種應用場景：

1、正線車地通信

所有鐵路正線經過的地方，都需要進行信號覆蓋。這屬于典型的廣域覆蓋場景。

列車運行過程中，主要用到的通信系統和業務包括：列車運行控制系統（CTCS/ETCS）、重載組合列車的機車同步控制和調度通信、列車進路預告、調度命令信息等。

這些都關系到列車的正常運行，對安全性和可靠性要求極高，偏uRLLC（高可靠低時延通信）場景。因為列車高速行駛（尤其是高鐵），所以通信系統也必須具備高速適應性，時速350km也能夠保證一定的通信能力。

大家可能潛意識會認為鐵路專網會有極高的時延需求，但實際上，像列車運行控制系統，鐵路規范給出的要求只有150ms，并不難實現。

除了車地之外，現在車車（T2T）通信也有需求，主要應用于防撞系統。

2、鐵路站場、樞紐

鐵路客運車站、貨運編組站、機務段、車輛段、動車所等區域，也是通信需求較為密集的場所，屬于熱點覆蓋區域。主要業務包括：平面調車、調車監控、編組站自動化、客站服務、車載數據下載、站場物聯網、站場維護作業等。

這里的人員、車輛和設備較多，對通信帶寬和容量有一定的要求（終端的空間移動速率較低，沒有高速適應性要求），偏eMBB（增強移動寬帶）場景。

3、鐵路沿線基礎設施

除了列車之外，鐵路沿線的基礎設施，也有通信需求。

例如，鐵路沿線電務、工務等專業基礎設施設備（橋梁、隧道、接觸網、鐵塔等，目前重要的線路信號等設備還是有線通信為主）。

這幾年，鐵路沿線洪水、山體滑坡等自然災害頻發。為了監測災害，鐵路部門設置了很多監測物聯網節點，也有通信需求。這些監測節點連接數量大，帶寬要求小，偏mMTC（海量機器通信）場景。

4、車輛內部通信場景

主要指動車組等高速客運車輛，業務包括：列車定位、自動駕駛、移動裝備狀態檢測、智能診斷等。列車內外的監測系統比較多，例如6A（機車車載安全防護系統，包含：機車的制動系統、防火、高壓絕緣、列車供電、走行部、視頻）和6C（供電安全檢測監測系統）。它們是掌握列車運行狀態的重要手段。其它鐵路通信會用到的場景還包括：事故救援（話音和多媒體集群）、移動運維（數據、話音和多媒體集群）、LBS（基于位置的服務，如人員定位和列車定位等）和高鐵Wi-Fi。

高鐵Wi-Fi現在比較熱門。數字時代，旅客對高鐵上網的需求比較大。公網運營商信號覆蓋有好有壞，國鐵集團也在研究和部署高鐵Wi-Fi等，尋找商業機會。國鐵集團還聯合吉利、騰訊專門成立了國鐵吉訊，推動高鐵Wi-Fi平臺的建設。

█ 什么是GSM-R？

說到5G-R，就肯定會提到它的前任——GSM-R。

顧名思義，GSM-R是基于GSM技術，專門為鐵路行業設計的無線通信系統。

上世紀90年代初，GSM標準剛剛確立的時候，西門子公司就開始醞釀和起草GSM-R技術標準。

后來，國際鐵路聯盟（UIC，International Union of Railways）和歐洲電信標準協會（ETSI）合作，針對歐洲鐵路系統，共同推出了最終版的GSM-R標準。

與傳統GSM標準相比，GSM-R主要增加了鐵路專用調度通信的相關功能。

目前，我們國家主要使用的鐵路專網通信技術，就包括GSM-R。

新中國成立后，鐵路系統開始使用列車無線調度電話和站內無線電話，采用工作頻率為2MHz和40MHz的電子管設備。

進入70年代，我們逐漸開始轉向150MHz和450MHz頻段的晶體管設備。

再后來，鐵路專用的無線電頻率，就定在450MHz頻段，用于列車無線調度通信、站場平面調車、客貨運輸及養護維修等對講通信業務。90年代GSM-R在歐洲出現之后，我們國家也及時進行了學習和引進。

2004年，為滿足高速鐵路發展CTCS-3級列車運行控制系統的需要，鐵道部正式采用GSM-R標準，作為我國新一代鐵路無線通信國家標準。

值得一提的是，我國是亞洲第一個發展GSM-R的國家。國內第一條應用GSM-R的鐵路，是著名的青藏鐵路。

國內的GSM-R，采用的是900MHz“黃金頻段”（從中國移動那邊“要”來的），上行885-889MHz，下行930-934MHz，2×4MHz帶寬，最大覆蓋距離可達6～9km。

從2008年起，新（改）建鐵路幾乎全部采用GSM-R作為專用無線通信系統。

從2012年起，工信部停止核準基于450MHz頻段的模擬制式無線列調系統。因為該系統抗干擾能力差、語音質量低、業務有限。

在那之后，廈深高鐵、廣深港高鐵、青藏線、大秦線、膠濟線、武廣線、鄭西線、石太線、合寧線、合武線、京津城際線、京滬高鐵等國內重要鐵路線路，都采用了GSM-R技術，實現了數字化、網絡化升級。

截至2021年底，國內GSM-R覆蓋線路里程（含在建）達到8.9萬公里，用戶數超過35萬。

█ 有了GSM-R，為什么還要搞5G-R？

當然是因為5G-R更先進。

時至今日，基于2G技術構建的GSM-R標準，早已無法滿足現代鐵路的發展需求。

GSM-R以語音業務為主，頻率效率低，窄帶數據帶寬最多只有100多KB，難以承載鐵路數字化改造后的通信大帶寬需求。

幾年前，國內曾經提出基于LTE-R（4G）建設鐵路無線專網，但測試了一段時間后，沒有大規模商用。如今看來，國家就是打算一步到位，跳過LTE-R，直接上5G-R。

5G-R基于5G技術，具備超大帶寬、超低時延、海量連接的特點，網絡性能幾乎碾壓GSM-R。

在網絡能力上，5G-R支持網絡切片、邊緣計算等業務，可以為鐵路關鍵業務提供服務質量保障。

在安全性和可靠性上，5G-R也有巨大的提升。這對鐵路運輸安全非常重要。

█ 5G-R和公網5G，有什么區別？

5G-R和公網5G的工作原理基本上是一樣。尤其是無線空口部分，基本上沒有區別。

5G-R的主要不同，集中體現在業務類型、組網方式和性能要求上。

業務類型前面已經介紹過了，鐵路有自己很多的特殊業務。

在組網方式方面，5G-R沿鐵路線進行部署，無線接入網更多采用鏈狀組網。

核心網側，需要與鐵路部門的生產方式、組織方式相匹配，進行適當的組網改造。

除了傳統公網5G所包含的控制面網元（AMF、SMF、UDM等）和媒體面網元（UPF）之外，我們可以看到一些5G-R專用設備，例如鐵路寬帶集群通信（MCX，Mission Critical X-Service，關鍵業務）設備、5G智能網（5G-IN）、5G設備識別寄存器（5G-EIR）等。

這個MCX設備，通過它，5G-R可以與其他通信系統互聯，提供有線無線融合的調度通信業務。還可以實現與鐵路固定電話網互聯互通，滿足公務通信需求。

█ 5G-R標準由誰負責制定？

5G-R基于5G（IMT-2020），而5G的標準制定當然是大名鼎鼎的標準化組織——3GPP（第三代合作伙伴項目）負責。

目前，5G已經經歷了3GPP R15-R17階段。R18也即將凍結，它將開啟5G-Advanced（5.5G）時代。

國際上另外一個專門負責鐵路通信標準研究的組織，是前面提到的，參與制定GSM-R標準的UIC（國際鐵路聯盟）。2012年，UIC聯合ETSI、3GPP，啟動了FRMCS（Future Railway Mobile Communication System，未來鐵路移動通信系統）項目。2016年，UIC將5G納入FRMCS的研究范圍。UIC的目標，是在2025年推出基于R17版本的第1版FRMCS，在鐵路試點應用。國內在5G-R標準體系方面也做了大量的工作。國鐵集團在2015年成立了NGCR（下一代無線電通信工作組），設頻譜、標準、服務、行業、測試5個分工作組。

2020年8月，國鐵集團發布《新時代交通強國鐵路先行規劃綱要》，明確提出： “加強5G通信網絡、大數據、區塊鏈、物聯網等新型基礎設施的建設和應用，豐富應用場景，延伸產業鏈條，統籌推進鐵路新一代移動通信專網建設，構建泛在先進、安全高效的現代鐵路信息基礎設施體系”。

后來，國鐵集團先后印發《國鐵集團關于加快推進5G技術鐵路應用發展的實施意見》、《鐵路5G技術應用科技攻關三年行動計劃》，積極部署5G-R應用，以及技術研究。

根據行業的初步預測，2025年將實現5G-R和GSM-R的并行發展。2030年實現5G-R對GSM-R的替代。基于900MHz頻段的5G-R研究，也已經在啟動推進之中。