【愛(ài)立信(Ericsson)】2024集成未來(lái)鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)（FRMCS）：5G技術(shù)推動(dòng)鐵路通信提質(zhì)升級(jí)白皮書(shū)

愛(ài)?信??書(shū)ERICSSONFRMCS:介紹GSM-R-FRMCS在900MHz的共存挑戰(zhàn)FRMCS部署-從n101頻段開(kāi)始利?5G關(guān)鍵功能實(shí)現(xiàn)?效的鐵路覆蓋9與CSP共享?線(xiàn)電以?xún)?yōu)化部署只有通過(guò)?動(dòng)列?控制才能實(shí)現(xiàn)?鐵?駛。沒(méi)有控制的列?司機(jī)會(huì))實(shí)現(xiàn)，其標(biāo)準(zhǔn)化主要受?chē)?guó)際鐵路聯(lián)盟（UIC）推動(dòng)。盡管GSM-R取得了成功，但由于移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步、寬帶服務(wù)的?泛應(yīng)?和5過(guò)時(shí)[4]。為了逐步?現(xiàn)代技術(shù)取代GSM-R，UIC已決定為未來(lái)的5G鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)(FRMCS）奠定基礎(chǔ)[5]。FRMCS的主要?標(biāo)是全?數(shù)字化鐵路運(yùn)營(yíng)，?持越來(lái)越?級(jí)別的?動(dòng)列?運(yùn)營(yíng)（ATO并擁抱5G帶來(lái)的可能性，?不會(huì)創(chuàng)術(shù)。除了這些基本?標(biāo)，F(xiàn)RMCS還旨在具有成本效益且具備未來(lái)準(zhǔn)備性，確保順暢兼容FRMCS試驗(yàn)已經(jīng)在進(jìn)?，系統(tǒng)的部分部分已?夠成熟，可以開(kāi)始部署了，F(xiàn)RMCS的?個(gè)重要?程碑，包括專(zhuān)?鐵路頻段規(guī)范和共享通信服務(wù)提供商（CSP）頻段，以及F部署和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化2023年3月2024年10月2026年第四季度2030-2035GSM-R運(yùn)營(yíng)FRMCS商業(yè)部署FRMCS：歐洲試驗(yàn)，插拔測(cè)試，客?PoCsGSM-R運(yùn)營(yíng)FRMCS商業(yè)部署FRMCS：歐洲試驗(yàn)，插拔測(cè)試，客?PoCsMORANE2FRMCSv3:“FRMCS1stEdition”FRMCSv2MORANE2FRMCSv3:“FRMCS1stEdition”FRMCSv2EECT審查FRMCSv4EECT審查EECT審查CCSCCSTSI2023CCSTSI2027部署?關(guān)重要的FRMCS是?項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性和昂貴的任務(wù)，有?種選擇可以進(jìn)?，特別是考慮到這需要在GSM-R仍在運(yùn)營(yíng)并占?最終將?于FRMCS,并在必要和可?的情況下與CSP合作，是以經(jīng)濟(jì)?效且具有未來(lái)性的?式開(kāi)始部署FR部署具有關(guān)鍵使命的FRMCS是?項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性和昂貴的任務(wù)。有?種選擇可以進(jìn)?，特富功能，并根據(jù)需要與移動(dòng)?絡(luò)運(yùn)營(yíng)商（CSPs）合作整合FRMCS：利?5G技術(shù)增強(qiáng)鐵路通信GSM-R-FRMCS共存挑戰(zhàn)在許多鐵路應(yīng)?，如ETCS和ATO，對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)作?關(guān)重要，因此移動(dòng)?絡(luò)必須在整個(gè)鐵路?程路線(xiàn)上使?這些應(yīng)?程序（尤其在?區(qū)邊緣）提供?必須在移動(dòng)?絡(luò)設(shè)計(jì)中加?冗余和故障切換機(jī)制，包括冗余覆蓋和FRMCS的?絡(luò)組件?？紤]到鐵路軌道的?量和?度，以及在給定頻譜下可實(shí)現(xiàn)的站點(diǎn)間距（ISD），部署FRMCS在成本上對(duì)鐵路基礎(chǔ)設(shè)施管理者??具有挑戰(zhàn)性，?于GSM-R，未協(xié)調(diào)3MHz+4MHz上?FDD3MHz+4MHzDLFDD?于GSM-R，協(xié)調(diào)5G頻段“n100”:↓ECCDecision(20)02↓5.6MHzULFDD5.6MHz下?FDD從GSM-R到FRMCS的協(xié)調(diào)過(guò)渡5G頻段“n101”:10MHzTDD?于FRMCS盡管所有這些都是具有挑戰(zhàn)性的，但FRMCS必須?持的基本服務(wù)的性能要求，包括負(fù)荷和延遲，是適度的，僅針對(duì)GSM-R的替代。但是，F(xiàn)RMCS可以為鐵路運(yùn)營(yíng)提供更多?級(jí)別的鐵路?動(dòng)化和遠(yuǎn)程列?操作需要關(guān)鍵整合FRMCS：通過(guò)5G技術(shù)增強(qiáng)鐵路通信。FRMCS部署-從n101波段FRMCSFRMCS的初始部署應(yīng)側(cè)重于利?包括完整的10MHzTDD載波和30k），,?n100全2x5MHzFDD載波替換，以實(shí)現(xiàn)冗余。稍后可以添加?持n100和n101的多波??那樣使?公共?絡(luò)。此外，與CSP合作提供沿著FRMCS的韌性，還可?來(lái)提供視頻應(yīng)?的吞吐量。許多鐵路也計(jì)劃利?基于CSP的FRMCS覆蓋區(qū)域線(xiàn)路，其中交通量不?以使專(zhuān)?覆蓋經(jīng)濟(jì)可?。列?乘集成FRMCS：通過(guò)5G技術(shù)增強(qiáng)鐵路通信。FRMCS部署-從n101頻段n100UL頻段n100DL頻段帶寬n101公共?絡(luò)n100UL頻段n100DL頻段帶寬n101公共?絡(luò)冗余冗余n100UL頻段n100DL頻帶寬n101公共?絡(luò)帶寬n100UL帶寬n100DL帶寬n100UL帶寬n100DLn100UL頻段n100DL頻段帶寬n101公共?絡(luò)n100UL頻段n100DL頻段帶寬n101公共?絡(luò)冗余冗余n100UL頻段n100DL頻帶寬n101公共?絡(luò)帶寬n100UL帶寬n100DL帶寬n100UL帶寬n100DL帶寬n100UL帶寬n100DL帶寬n100上?帶寬n100帶寬n100上?帶寬n100DL帶寬n101帶寬n101公共?絡(luò)公共?絡(luò)Bandn101Bandn101BandBandn101Bandn101Bandn101公共?絡(luò)公共?絡(luò)公共?絡(luò)冗余公共?絡(luò)公共?絡(luò)公共?絡(luò)未使?GSM-ReMBB為了解決FRMCS部署的重?成本壓?，許多情況下可以重復(fù)使?現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施，特別是整合FRMCS：利?5G技術(shù)增強(qiáng)鐵路通信，利?5G關(guān)鍵功能提?鐵路9基站配置的選擇在確定ISD??起著重要作?。較?的ISD會(huì)降低基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本。選擇適當(dāng)?shù)奶炀€(xiàn)對(duì)于最?化覆蓋范圍和容量將是重要的。為了實(shí)現(xiàn)軌道覆蓋，可以使??平波束寬度較窄的?度定向天線(xiàn)，以最?化沿著軌道的信號(hào)?平并控制?擾進(jìn)?和來(lái)?其他FRMCS單元或其他?絡(luò)。天線(xiàn)可以配置為背靠背，帶有兩個(gè)獨(dú)?的?線(xiàn)電，或者?個(gè)?線(xiàn)電同時(shí)提供兩個(gè)?向的服務(wù)。對(duì)于多個(gè)軌道匯合的?型?站部署，可以使?波束較寬的天線(xiàn)，需要注意站點(diǎn)放置和天線(xiàn)設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)?更?的交通需求?？梢酝ㄟ^(guò)使?微型天線(xiàn)的?線(xiàn)電單元或使?具有較?外形天線(xiàn)的?線(xiàn)電單元（適應(yīng)隧道的物理限制）來(lái)實(shí)現(xiàn)隧道覆蓋。理想情況下，泄漏饋線(xiàn)應(yīng)?持MIMO以最?化可以利?額外的天線(xiàn)端?來(lái)最?化覆蓋范圍和站點(diǎn)間距。預(yù)計(jì)FRMCS將使?2、4和8端?天線(xiàn)。通常，所有天線(xiàn)將包含在?個(gè)單獨(dú)的包中。使?4或8端?天線(xiàn)還提供諸如波束成形和上??擾抑制組合等好處。整合FRMCS:通過(guò)5G技術(shù)增強(qiáng)鐵路通信，利?5G關(guān)鍵特性提??效的10圖4顯?了不同基站配置選擇的ISD?例，具有中等負(fù)載。ISD已根據(jù)所需的?區(qū)邊緣上??特率為3Mbps進(jìn)?計(jì)算。這個(gè)?標(biāo)是基于兩列??在?區(qū)邊緣經(jīng)過(guò)，每列使?1Mbps，同時(shí)還有?些容量可?于更靠近?區(qū)站的??。前三個(gè)結(jié)果展?了在郊區(qū)環(huán)境中使?更多基站天線(xiàn)的好處。最后三個(gè)結(jié)果展?了相同的基站配置，但在農(nóng)村環(huán)境中。對(duì)于每種情況，也顯?了下??區(qū)邊緣可實(shí)現(xiàn)的?特率。與2T2R相?，每加倍基站天線(xiàn)，ISD增加了20到25%。不同的基站配置在農(nóng)村和郊區(qū)設(shè)置中的ISD5.8Mbps4.8Mbps(下載)3.8Mbps(下載)5.8Mbps4.8Mbps(下載)3.8Mbps(下載)(DL)2T2R4T4R8T8R2T2R4T4R8T8R圖4：在不同的天線(xiàn)能?和不同的環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)3Mbps上?吞吐量和給定下?吞吐量所需的ISD相?GSM-R?線(xiàn)電站通常放置在FRMCS塔底部的避難所中，將?線(xiàn)電單元放在桅桿頂部，靠近天線(xiàn)具有優(yōu)勢(shì)。這種放置?式減少了饋線(xiàn)損耗（2-4dB），最終優(yōu)化了射頻性能，實(shí)現(xiàn)了更?的站間距（約20%更?）。雖然桅桿頂部的?線(xiàn)電可能需要更?的維護(hù)成本，但這在很?程度上被所需站點(diǎn)更少所抵消。FRMCS5GRAN架構(gòu)還允許部署集中式RAN（C-RAN），如圖5所?。這意味著每條30公?軌道上都集中部署?個(gè)基帶單元（BBU）。這個(gè)BBU通過(guò)光前向鏈路連接到這個(gè)30公?區(qū)段內(nèi)的?線(xiàn)電站。這最?化了?絡(luò)中所需的BBU和遠(yuǎn)程連接的數(shù)量。此外,這促進(jìn)了BBU之間的?級(jí)互聯(lián)，以增強(qiáng)移動(dòng)性和?區(qū)邊緣覆蓋。整合FRMCS:通過(guò)5G技術(shù)增強(qiáng)鐵路通信，天線(xiàn)/?線(xiàn)電站L3前程傳輸L2(e)CPRIL3前程傳輸L2Xn光纖回程Xn核??絡(luò)基帶酒店核??絡(luò)(e)CPRI前傳最?15公?光纖?度對(duì)于上述可能的鐵路部署，5GNR?持各種配置和功能，以實(shí)現(xiàn)?效可靠的FRMCS。以下我們列出其中?些。3.NR?持靈活的TDD模式，因此可以為實(shí)現(xiàn)所需的上?和下?性能?優(yōu)化n101頻段的TDD模式。4.5G?持移動(dòng)特性，如較低層的移動(dòng)性（5.5G?持豐富的按需和可靈活配置的參考信號(hào)、CSI反饋模式和MIMO?案，整合FRMCS：通過(guò)5G技術(shù)增強(qiáng)鐵路通信與CSP共享?線(xiàn)電以?xún)?yōu)化部署121整合公共?絡(luò)以實(shí)現(xiàn)冗余和增加容量，以及雖然冗余也可以通過(guò)僅使?專(zhuān)??絡(luò)組件來(lái)實(shí)現(xiàn)，在成本共享??，主要側(cè)重于共享被動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施，如塔，光纖和電?，但在某些情況下還可以共享主動(dòng)組件。 123多運(yùn)營(yíng)商核??絡(luò)（MOCN）：?個(gè)?線(xiàn)電站被鐵路專(zhuān)??絡(luò)和CSP公共?絡(luò)的核??絡(luò)共享[11]。這需要從每個(gè)共享BBU站點(diǎn)到FRMCS核?的專(zhuān)?回傳，但可以避免對(duì)CSP核??絡(luò)的依賴(lài)，因此更具彈性和安全性。在MOCN中，??設(shè)備可以基于專(zhuān)?鐵路?線(xiàn)電站點(diǎn)和CSP站點(diǎn)構(gòu)建鄰區(qū)列表，并在它們之間平滑切換。這樣做需要在每個(gè)共享BBU站點(diǎn)和FRMCS核?之間的專(zhuān)?回傳線(xiàn)路，但可以避免對(duì),只在轉(zhuǎn)換期間出現(xiàn)短暫中斷。采?家庭路由漫游模式，所有數(shù)據(jù)通過(guò)CSP的核??絡(luò)路由。只有核??絡(luò)需要整合，但這包括?些訂閱者：第?個(gè)??設(shè)備使?單獨(dú)的SIM卡連接到公共?絡(luò)。盡管專(zhuān)??絡(luò)和公共?絡(luò)之間沒(méi)有整合?作，但任何?絡(luò)之使?兩個(gè)?絡(luò)作為獨(dú)?IP路徑的功能提供，并且需要將MC服務(wù)與兩個(gè)核??絡(luò)整合,從?使?絡(luò)之外的復(fù)雜性更?。?論使?哪種選項(xiàng)，都可以通過(guò)在??上使?多個(gè)UE?的SIM卡和??配置?件，同時(shí)利?鐵路專(zhuān)??絡(luò)和CSP的?絡(luò)。FRMCS多徑時(shí)利?這些多個(gè)連接，從?進(jìn)?步提升??的連通性，例如能夠動(dòng)態(tài)通性從?個(gè)UE切換到另?個(gè)UE，以防?個(gè)UE的連接失敗或質(zhì)量下降。同時(shí)利?多個(gè)UE還可以增加??連通性的可?容量，通過(guò)聚合多個(gè)UE的連接的服務(wù)器。服務(wù)器。CSP鐵路IM 核??絡(luò)RMR頻譜PLMN間切換CSP鐵路IM核??絡(luò)核??絡(luò)RMR公共頻譜頻譜MOCNMOCN頻間?區(qū)切換漫游接?核??絡(luò)公共頻譜國(guó)家漫游用戶(hù)。漫游接?核??絡(luò)公共頻譜公共頻譜 服務(wù)器。公共頻譜 c__CSP核??絡(luò)鐵路IM核??絡(luò) 核??絡(luò)RMR頻譜FRMCS多路徑FRMCS多路徑關(guān)鍵要點(diǎn)路軌道的覆蓋范圍，以實(shí)現(xiàn)乘客連接，該覆蓋范圍也可?范圍。例如：Multi-TRP、波束成形、MIMO、多普勒補(bǔ)償、條件交換、與公共?絡(luò)的整合：盡管鐵路基礎(chǔ)設(shè)施管理者需要為關(guān)鍵任務(wù)的鐵場(chǎng)景，或者利?FRMCS多路徑實(shí)現(xiàn)對(duì)不同UE和?絡(luò)更靈活的使?。和電源）的現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施。在可能的情況下重復(fù)使?這些基礎(chǔ)設(shè)施將減少部署FRMCS所需的投資。與通信服務(wù)提供商以及服務(wù)提供商之間的合作，?于沿鐵路ATOBBUCCS命令控制和信令CEPT歐洲郵電管理會(huì)議CPRI集中式?線(xiàn)接??絡(luò)協(xié)調(diào)多點(diǎn)傳輸CSI信道狀態(tài)信息通信服務(wù)提供商DLDMRS解調(diào)參考信號(hào)ECCEECTERA擴(kuò)展核?團(tuán)隊(duì)增強(qiáng)移動(dòng)寬帶ERA歐洲鐵路管理局ETCS歐洲列?控制系統(tǒng)FDDFRMCS未來(lái)鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)鐵路全球移動(dòng)通信系統(tǒng)IM基礎(chǔ)設(shè)施管理者IPISDMbpsMIMO多運(yùn)營(yíng)商核??絡(luò)MORANE歐洲鐵路移動(dòng)?線(xiàn)?絡(luò)PLMN公共陸地移動(dòng)?絡(luò)概念驗(yàn)證RANRFRMR鐵路移動(dòng)?線(xiàn)電SIM訂閱者?份模塊TDDTRP傳輸和接收點(diǎn)TSI