【爱立信_Ericsson_】2024集成未来铁路移动通信系统（FRMCS）：5G技术推动铁路通信提质升级白皮书_21页_2mb

FRMCS部署与5G技术整合总结

核心内容

未来铁路移动通信系统（FRMCS）是为取代传统铁路通信系统GSM-R而设计的下一代铁路通信解决方案。FRMCS旨在通过利用5G技术实现全面数字化铁路运营，支持更高级别的自动列车操作（ATO），并确保铁路系统的安全、可靠和高效。FRMCS的部署将从n101频段开始，逐步扩展至n100频段，并可能引入多波段天线和与通信服务提供商（CSP）的协作。

主要观点

1. FRMCS的重要性

• 铁路运输是可持续、安全和创新的交通方式。
• 自动列车控制是实现高铁运行的关键，而GSM-R正逐渐被5G技术取代。
• FRMCS的目标是支持更高级别的自动化，并利用5G带来的技术优势。

2. FRMCS的部署策略

• 初始部署：优先使用n101频段，因其具备更优的子载波间距（30 kHz）和TDD模式，适合高铁环境。
• 冗余部署：在GSM-R仍可用时，可利用其作为冗余覆盖；未来可逐步替换为n100频段。
• 成本优化：通过共享现有GSM-R基础设施、与CSP合作及多波段天线部署，降低部署成本。
• 覆盖扩展：利用5G的波束成形、MIMO、CoMP等技术，提升铁路沿线的覆盖效率和容量。

3. 与CSP的协作

• 整合公共网络：通过MOCN、国家漫游和订阅者模式，实现公共网络与专用铁路网络的整合，以增强冗余和容量。
• 共享基础设施：在可能的情况下，共享CSP的塔、光纤和电力等被动基础设施，减少投资。
• 多路径连接：通过多个用户设备（UE）连接不同网络，实现更灵活的连接管理与故障切换。

4. 技术挑战与解决方案

• 频谱共存问题：GSM-R和FRMCS在900 MHz频段共存会导致频谱效率下降，因此应优先使用未被占用的1900 MHz频段。
• 基站配置优化：通过使用不同天线端口（2、4、8端口）和TDD模式，提高ISD（站间距）和网络性能。
• 基础设施重复利用：GSM-R无线电站可作为FRMCS的起点，减少新建站点数量。

关键信息

• 时间线：FRMCS欧洲试验（MORANE2）预计在2026年初结束，标志着规范的成熟和部署的开始。
• 频谱分配：欧洲铁路频谱主要分配在n100和n101频段，其中n101具有更好的覆盖性能。
• 技术优势：5G NR的子载波间距、TDD模式、波束成形、MIMO和CoMP等关键功能，有助于提升铁路通信的可靠性和效率。
• 经济性：通过与CSP合作和重复利用现有基础设施，FRMCS的部署将更具经济性和可扩展性。

5G关键功能与铁路覆盖

功能	作用
30 kHz子载波间距	适合高铁场景，提供更短的时隙持续时间
支持3/4 DMRS符号	提高高速场景下的信道估计准确性
灵活的TDD模式	优化上行和下行性能
移动性管理	支持动态点选择和有条件切换，减少服务中断
参考信号与CSI反馈	提升频谱利用效率
UL-CoMP/联合接收	改善上行覆盖性能

部署建议

• 优先使用n101频段：因其具备更好的性能和成本效益。
• 逐步引入n100频段：在GSM-R逐步淘汰后，实现冗余覆盖。
• 采用集中式RAN（C-RAN）架构：减少BBU和远程连接数量，提高网络灵活性和覆盖能力。
• 多UE连接策略：通过多个用户设备（UE）连接不同网络，增强连通性和冗余性。

术语表

术语	解释
ATO	自动列车操作
BBU	基带单元
DMRS	解调参考信号
MOCN	多运营商核心网络
CoMP	协调多点传输
MIMO	多输入多输出
UE	用户设备
TDD	时分双工
SCS	子载波间距
ISD	站间距
FRMCS	未来铁路移动通信系统
GSM-R	铁路全球移动通信系统
CSP	通信服务提供商

参考资料

• 欧洲绿色协议（2019）
• 欧洲铁路年（2021）
• 铁路的碳足迹
• GSM-R演讲-最终报告
• 5G连接和铁路频谱的战略部署议程
• FRMCS V2和V3范围和规划报告
• Ericsson博客文章：利用窄带频谱解锁5G技术
• 数字铁路运营的5G广域网络-爱立信
• 《面向连接自动驾驶的蜂窝V2X》

作者

• 巴斯蒂安·塞拉里乌斯-图普斯：爱立信铁路领域端到端蜂窝通信系统的高级研究员。
• Mikael Fallgren：爱立信研究网络硕士研究员，专注于蜂窝通信系统设计。
• Mazen Abdel Latif：爱立信研究网络高级研究员，专注于垂直领域的端到端蜂窝连接。
• 大卫·罗斯鲍姆：专注于为铁路和公共安全行业提供4G和5G连接解决方案。
• 克里斯蒂安·库林斯：爱立信NB-IoT、Cat-M和NR RedCap的战略产品经理。
• Tony Guy：专注于5G NR在铁路通信中的应用与设计。