1 建设必要性

大秦线是国内第一条开行重载组合列车的双线电气化铁路，是为西煤东运而修建的运煤专用干线铁路，其运量逐年增长，目前年运量达4.5亿t。大秦铁路专用移动通信系统为重载组合列车机车同步操控提供车地无线通信传输通道，为大秦线运输生产指挥提供有力的通信保障。

大秦铁路现有专用移动通信通过铁路数字移动通信系统（GSM-R）实现，其无线子系统采用同站址双基站覆盖方式，机车同步操控业务对无线信道需求量较大，目前的GSM-R网络基站间距小，基站载频数量配置较多，且同站址双基站采用相同数量的频率配置，频率利用非常紧凑，没有预留频点，这给大秦线本身及邻近GSM-R线路的频率规划和优化带来相当大的难度。

大秦线GSM-R无线子系统A、B网分别于2004年和2006年建设完成，2009年进行4亿t补强，加密基站，A网于2018年完成了设备更新改造。B网无线设备已到更新改造年限，探讨更新改造时采用的系统制式及组网方案已提上日程，综合考虑GSM-R系统的生命周期及大秦线既有和新业务的需求，B网适合改造成铁路下一代移动通信系统。

2 建设可行性

2015年，中国铁路启动了对铁路下一代移动通信的技术研究，于2018年发布了《铁路下一代移动通信业务和功能需求暂行规范》及LTE-R系统需求及组网技术要求，并进行了高速铁路线上试验验证，同年，中国国家铁路集团有限公司开始铁路5 G移动通信应用技术研究，对5 G技术在国内外的发展现状和走向，5 G适用于铁路典型工作场景的切片技术、频谱效率、边缘计算等关键技术及技术指标，5 G技术适合铁路使用的应用场景等方面开展深入研究。2019年，开始2.1 GHz频段频率的研究及申请工作，计划2021年中期发布铁路5 G业务和功能需求、系统需求及工程建设暂行规范，并争取在2022年开始建设试验线。

综上，应积极探讨大秦铁路下一代移动通信系统建设方案，为将来的工程实施做好技术准备。

3 系统制式

考虑到5 G技术成熟时间与欧洲铁路通信的规划相适应，欧盟已计划采用5 G技术作为下一代移动通信系统的技术演进路线。随着5G成为国内“新基建”的重点之一，铁路下一代移动通信系统如采用5 G技术，将为铁路带来新的发展契机，并可带动铁路沿线整个5 G产业的发展。本论文以5G系统为例，探讨大秦铁路下一代移动通信系统的建设方案。

4 网络架构

4.1 系统构成

大秦线5 G专网系统应包括核心网、无线接入网（RAN）、用户设备（UE）及运营与支撑系统（OSS）4部分。

核心网采用服务化网络架构及软件定义网络/网络功能虚拟化（SDN/NFV）技术，具有业务虚拟隔离（网络切片）、转发与控制分离、功能分布式部署、基础设施云化等核心特征。RAN由基站（gNB）构成。UE由移动设备（ME）和通用用户识别模块（USIM）构成，包括机车综合无线通信设备（CIR）、作业手持台（OPH）、通用手持台（GPH）及其他类型的终端。OSS由网络管理、信令与业务数据监测、数据及USIM卡管理、终端安全管控、其他功能等设备构成。大秦线5G专网系统构成如图1所示。

4.2 系统组网

1）核心网

考虑中国国家铁路集团有限公司的用户规模和管理体制等因素，全路宜统一建设5 G专网核心网。5 G核心（5GC）原生支持（NFV），因此5GC网络应采用云化方式部署，实现资源的统一编排、灵活共享。对于核心网组网，可以采用大区集中与按局集团公司部署两种方式。

第一，大区集中式组网。核心网控制面功能网元遵循虚拟化、大容量、少局所、集中化原则，集中部署在大区数据中心，全路可设置若干个大区，每个大区负责若干个局集团公司的5 G专网业务，局集团公司层面部署用户面功能（UPF）网元，UPF基于业务应用场景，分层部署在局集团公司、枢纽、站场层面。

第二，按局集团公司组网。集中设置全路共用设备，5GC控制面功能网元部署在各局集团公司。用户面功能（UPF）网元基于业务应用场景，部署在局集团公司、枢纽、站场层面。

方案比选：大区集中式组网架构的优势在于集约和统一，包括核心控制面功能网元统一部署与管理，信令处理资源共享和全国性业务统一制定发放；同时，控制面功能网元高度集中将有助于减少UE移动过程中接入管理功能/会话管理功能（AMF/SMF）重选带来的性能影响。但是，大区集中式组网也存在不足和挑战，首先，控制面高度集中将直接影响控制面时延性能，可能无法满足低时延业务需求；其次，控制面功能网元高度集中需要大量的承载网资源；最后，对容灾提出了较高的要求。以局集团公司为单位统一建设局核心网，与中国铁路生产组织架构相适应，可以沿用现有运维管理模式及经验，各局可灵活开展业务，但资源利用率相对较低。

文章来源：《下一代英才》 网址: http://www.xydbjb.cn/qikandaodu/2021/0218/1328.html