铁路5G通信研究

2021-01-13

随着执行领导指示,目前铁路很多单位都开展了“5G”研究,希望5G在铁路开花应用。

铁路每个专业都可能找出5G的应用点,有些是以前就开始研究现在要与5G建立联系:
车辆厂研究如何使用5G传输车辆运行监测数据,只要有了传输平台不是大问题;
铁道建筑单位研究线路桥梁的监测数据传输,这个传输也做了很多年了,原来计划使用4G平台(有些地方已经在用),现在要扩充到5G网络。
铁路沿线地震监测,过去的成果是采用GSM-R短信传输,本来就有人提出了疑问,现在正好借助5G的NB-IoT。
道岔监测是信号部门一直在解决的项目,现在不仅要完成监测,还要考虑自动传输道岔监测数据,挂上5G最好。
供电专业走的较快,除了使用5G平台传输6C数据,变电站的机器人巡视也计划搭载5G网路。
列控部门也在在考虑如何把5G用于列车控制ATO,这倒不算难事,京张高铁已经在GPRS下应用了。只要有了5G网络,就可以承载新环境的列控信息。
看看这么多研究方向,基本都是数据传输,都是在有了5G网络后很快就能实现的任务。都要建立在铁路已经建设了5G网络或如何利用移动运营商的5G网络。看来更主要的研究是铁路如何建设5G网络!
频段选择
我们知道频谱资源是有限的,没有频率谈什么无线网络都是空的。在有限的频段里我们铁路应该提出有说服力的理由,可能才会得到一段宝贵的频率。另一方面频率是资源,占用资源也要付出成本。因此,铁路频率的申请确实需要研究,希望我们可以利用好有限的资源。这也是铁路5G研究的一个重要方面。
说没研究频谱很多铁路通信专家不愿意听,但确实拿不出合理的研究报告,只能自己痛斥说话的人。我下面的说法假设以前的数据和决定都是正确的(不敢否定以前)。
比如说LTE-R申请的试验频段是450MHz,为什么是450MHz呢,能够看到的理由是传播衰耗小,可以减少铁路沿线的基站数量。这就是研究的结果吗,好像延续的理由很快又会变化,自己否定自己!
据说目前铁路在开展2.1GHz频段作为铁路5G频段的研究,这就是与前面的理由相矛盾。这个频段与前面说的研究结论相差了很多。传播衰减增加了4-5倍,倍频程约7个dB,这是要否定以前的研究吗,或者说以前没研究,只是糊弄领导而已。
2016年铁路在大西线专门设置了试验线,但是通信专业没有做过不同频段LTE试验,这么好的机会失去了,而且不能提出疑问
5G频率的选择
不是我们想用哪个频段就能申请到,但如果理由非常充分,国家也可以协调就有可能。所以首先是我们铁路要有足够的理由需要有分析有试验。但好像现在的铁路人对这方面关心不够(不了解,没见过比较全的分析报告)。
比如对LTE-R,最早的理由是衰减小,可以少建基站,但没有人分析电气化对450MHz的干扰问题。给出的理由是国家分的频率我们只能服从,这个理由不需要铁路通信人员进行研究了。
但是现在有提出在2.1G进行试验,这也是国家分的,试验研究还是要做的。首先我们是否了解什么频段最适合铁路应用?从我个人多年从事铁路无线研究的数据看,900MHz频段比较适合铁路应用
首先是这个频段对于铁路电气化区间受到的电气化干扰比450MHz小!这样就可以在接收电平较低时进行通信。避免了450MHz虽然衰减小但不能在弱电平下工作(优势抵消);
900MHz频段在隧道内的衰减小于450MHz也小于2.1GHz频段的信号,可以在中短隧道内不用外加设备进行隧道内通信,大大减轻了铁路通信维护工作量,也是提高了铁路运营安全系数;
对于目前的GSM-R网络,可以在很多实施不做大的改变情况下过渡到900MHz的5G网络,更符合领导要求。
很多人说用什么频点我们自己说了不算,你要的频点国家不给。那我们是否提出过合理的理由呢!如果国家同意分给铁路450MHz频段,这个频段也是移动运营商需要的频段,我们为什么不考虑与移动运营商更换900MHz频点呢。移动运营商可以在偏远地区使用450MHz,那样的地区人烟稀少,不需要大量的基站覆盖。减少基站建设但不削弱通信效果,他们比我们更需要这样的频段。
隧道应用
我们与其他国家不同,修建铁路要考虑国家利益、人民的利益。青藏铁路不是为了赚钱,很多新线建设也考虑了带动当地发展的目的。所以在很多多山地区照样修建铁路(普速或高速),隧道内区间就会很多,甚至还有五十多公里长的隧道(川藏铁路)。这些线路建设复杂成本也高,维护成本也高。
虽然我们以国家为重,个人服从组织,也需要考虑维护人员的切身利益。技术人员应尽可能考虑采用适合的技术减小维护复杂性。
在隧道内我们目前采用直放站技术进行无线覆盖,在普速线,有几条线在无线列调制式下一直就没有在隧道内铺设漏缆,就是说从来没有做到全线的无线覆盖。到了G网时期是不是要建设漏缆不是很清楚,反正线路复杂又不是繁忙线路,建了直放站和漏缆维护工作会很大,5G也是这样。
维护者有自己的作息时间,我国很少考虑,你是我雇来的,给你钱你就要干活。好听一点就是为了国家、为了安全、不忘初心。但是干活的很多都不是党员,他们就是要赚钱养家
参考欧洲经验
欧洲几年前提出了下一代铁路移动通信需求,制定了实施计划,计划2021年提出系统需求规范。欧洲也考虑2.1G频段作为过渡,但最终还是使用900MHz作为下一代铁路移动通信的频点。
欧洲发布下一代铁路移动通信用户需求很多年了,并没有提出使用什么制式。只要满足铁路需求,不给铁路带来经济负担,什么通信制式不是主要的。因此,在准备制定系统需求规范时考虑会使用5G的通信制式,还要提出在现有技术中增加符合铁路需要功能。
我国把发展5G当做提高国力的重要性来考虑,就是因为我国的企业在这方面走到了世界前列。但我们铁路嘴上也说响应国家号召发展5G,却看不到我国在铁路5G研究上的优势,不考虑把铁路需求告诉相关企业。铁路领导提出发展铁路5G已经近3年了,铁路通信研究人员还没有向相关厂家企业协商完善铁路特殊功能,到目前还有一些铁路需要的功能不能在现有5G系统中得到。与欧洲的运作方式确实不一样。
我国很多单位已开始在铁路进行5G试验,有人说试验完了就提出需求了,好像逻辑不通啊。应该是结合铁路需求进行5G试验,对于5G还不具备的铁路需求通过试验补充到新的5G系统中去。
D2D通信
车厢内的覆盖
在GSM-R系统下铁路没有考虑使用G网手机满足车厢内的通信。车厢内的列车员间都是450MHz对讲机通信。刚有车厢内电子补票时,车务部门还提出要满足他们的补票需要。可是标准都没有考虑车厢内的通信,只能不做硬性要求。
我坐过美国和日本的列车(高铁和普速),几个小时的时间从没有人在车上售货、到站前会有列车员在车内喊一下在哪个门下车(不是哪个门都开)。整个列车只有3个列车员,他们基本不用无线通信系统,与我们国家相差很大。
建了铁路5G系统,可能国家会收回铁路450MHz的使用,车厢内的通信就要有5G来解决。即使不考虑车内旅客通信,我们车厢内的工作人员间的提醒也要考虑。简单来说D2D功能是应该具备的,可以像对讲系统一样实施通信。
隧道内通信
在无线通信网络覆盖盲区,用户通过一跳或多跳D2D通信可以连接到无线网络覆盖区域内的用户终端,借助该用户终端连接到无线通信网络。即使是长大隧道,如果不是列控运行,也可以考虑不设置隧道内直放站或RRU。隧道内可以不铺设漏缆,在固定位置设置D2D转发终端,不再有漏缆维护。
一个BBU有0-5号共有6个光口,每一个光口都可以几个带RRU,而RRU一般情况下可以三级级联的,也就是6个光口可以带18个RRU,但是这种站点的缺点就是中间出现断链就会影响同一链上的下级站。因此即使采用隧道内漏缆方式也要做相关网路结构的试验
因此,D2D通信功能也是铁路发展5G必须确认的,需要进行试验。其实在LTE-R中也应该做试验但已经过去了。
其他
NB-IoT
前面提到的铁路不同专业的5G应用研究,就有铁路沿线地理情况和设施情况的自动监测系统,也是需要NB-IoT功能。在系统的相关配置上需要通过试验确认,但这不是其他专业的人来确认,要由铁路通信人来确认。特别是边远地区,移动运营商的网络比较少,铁路自己的监测数据网必须起作用。
手持终端
虽然无线通信传输视频能力已经很强,但铁路行车与安全还是离不开语音通信,就是说手持终端是必须有的。手持终端应该具备上面提到的对讲功能,具备紧急呼叫功能,具备其它信息传输功能。
在试验阶段谁来提供设备,如果铁路不把自己的需求告诉相关厂家,怎么能得到适合铁路应用的终端呢。因此,铁路研究单位不能只看到未来的设备可能会赚钱,要看到过于保密就得不到自己想要的终端。适合铁路应用的LTE-R手持终端已经启用了吗,可能样机也没有出来,铁路5G手持终端不要再关起门来做了。更不能为了维护个别厂家的利益牺牲铁路应用的安全性。
定位通信功能
铁路应急通信也是一个主要的应用,对于运行的列车,应急通信离不开位置信息。我们铁路需要确认不同应急通信涉及的对象、不同的区域分配,才能在5G网络中发挥大数据的特点把相关范围内的用户都纳入到应急通信范围内。





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