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1、華為下一代鐵路移動通信系統白皮書(2023)華為下一代鐵路移動通信系統白皮書（2023）.indd 12023/9/28 20:02:15C O N TE N TS華為下一代鐵路移動通信系統白皮書（2023）.indd 22023/9/28 20:02:16C O N TE N TS目 錄010407101416.01020303.040506.070808.10111213131.鐵路無線通信的現狀與趨勢2.總體技術分析3.FRMCS網絡架構分析1.1 鐵路無線通信發展現狀1.2 鐵路無線通信系統發展趨勢1.3 無線通信技術現狀1.4 小結2.1 FRMCS網絡服務分析2.2 FRMCS無線

2、制式和頻率選擇2.3 TDD制式分析3.1 FRMCS無線網絡架構3.2 無線冗余組網方案3.3 無線場景設計4.FRMCS無線網絡關鍵技術5.產品及商用解決方案6.結論4.1 大功率終端提升FRMCS無線網絡覆蓋4.2 多陣列智能天線提升FRMCS無線網絡覆蓋和容量4.3 頻偏預估和共小區技術保障高速列車穩定通信4.4 冗余方案提升FRMCS無線網絡可靠性4.5 4G/5G融合網絡保障業務平滑演進和長期穩定運行華為下一代鐵路移動通信系統白皮書（2023）.indd 32023/9/28 20:02:16上個世紀 90 年代，在國際鐵路聯盟（UIC）的倡導和引領下，全球移動通信系統（GSM）被

3、引入鐵路行業，并形成了GSM-R 鐵路移動通信系統標準，GSM-R 被廣泛采用，并一直沿用至今。然而，基于 GSM-R 的鐵路移動通信系統已不能滿足未來數字鐵路訴求，同時 GSM 逐步退網，其產業鏈也在加速收縮，這給全球 GSM-R 存量線路的維護、運營以及演進造成諸多困難。GSM-R 屬于窄帶通信，業務承載能力有限，在鐵路大站、樞紐地區及并線區域，已經出現容量受限問題；同時，由于系統內部同頻、鄰頻干擾等問題，網絡規劃難度也不斷加大。預計到2030 年左右，設備商將終止 GSM-R 產品及技術支持。當前，隨著鐵路行業數字化發展，數字鐵路對更高安全、更高性能、高效運維、更好業務體驗提出了新的訴求

4、。而在消費者領域，移動通信系統已發展到第四代（4G/LTE）和第五代（5G），形成非常成熟的產業鏈，并在全球大規模商業部署。相比之下，行業均認同鐵路移動通信系統亟待升級換代。為了應對鐵路移動通信系統升級換代的迫切需求，UIC 于2012 年啟動未來鐵路移動通信系統（FRMCS）計劃，為了更好地支撐列控、列調、旅客信息系統等多業務，也進一步將建議頻譜從 900MHz 擴展到 1.9GHz（1900MHz-1910MHz）。鐵路行業可以依托 3GPP LTE 成熟的標準、頻譜、生態、產品和解決方案，實現快速商用部署?；诋a業鏈生態及頻譜現狀分析，業界普遍認為 1.9GHz 的終端生態較完善，頻譜干

5、擾較小，是現階段FRMCS 商用部署的優先選擇。根據 UIC 最新計劃，歐盟各國鐵路將于 2025 年底前驗證和分階段引入基于 FRMCS 的未來鐵路移動通信系統，通過更成熟、可快速靈活部署的無線寬帶網絡滿足鐵路數字化發展的需求，FRMCS 系統將和 GSM-R 系統并行工作，以便在 2030 年左右實現向 5G 的平穩過渡?？紤]到 FRMCS 5G 標準尚未凍結，LTE 網絡是優先選擇。LTE 網絡支持平滑升級到 5G，使能 FRMCS 方案面向未來持續演進，在保護客戶投資前提下滿足商用部署需求。本白皮書探討 FRMCS 系統在無線技術選型、無線頻率選擇、網絡部署方案等方面內容，并提出了相關

6、建議，期望能為FRMCS下一代鐵路無線網絡的規劃和建設提供技術借鑒和參考。前 言P R E F A C E華為下一代鐵路移動通信系統白皮書（2023）.indd 12023/9/28 20:02:17華為下一代鐵路移動通信系統白皮書（2023）.indd 22023/9/28 20:02:17華為下一代鐵路移動通信系統白皮書01鐵路無線通信的現狀與趨勢1.11994 年，GSM 被 UIC 選定為車地無線通信系統。GSM-R 源自歐洲綜合鐵路無線電增強網絡（EIRNEN），由ETSI 標準化和增強。其頻段 876-880 兆赫（列車到地面）和 921-925 兆赫（地面到列車）由歐洲聯盟（歐盟

7、）分配。歐盟從 1997 年開始部署 GSM-R 網絡，目前已部署 GSM-R 鐵路線 10 萬多公里。中國也從 21 世紀初引入GSM-R 技術，并部署了超過 6.5 萬公里的 GSM-R 鐵路線。這些可靠、安全、成熟的商業網絡見證了 GSM-R 20 多年的成功。然而，作為定制的鐵路 GSM 系統，GSM-R 生態系統受電信行業生命周期的強影響。經過了 20 多年的發展，GSM 產業已經進入生命周期末期，全球各國主流運營商已開始逐步停止 GSM 網絡建設，并啟動 GSM 退網?？梢灶A見，基于 GSM 技術制式的 GSM-R 也即將面臨產業生命周期到期的局面。此外，GSM-R 只有 5.6M

8、Hz 帶寬，且頻點須錯開部署，業務承載能力有限，僅能滿足最基本的語音列調和列控業務傳輸要求，沒有額外業務的容量，無法靈活部署如鐵路多媒體調度通信、鐵路基礎設施智能管理、軌旁物聯網、預測維護、客運業務信息傳輸等增值業務。雖然 2013 年歐洲和中國引入了基于 IP 的 GPRS，進一步擴大 GSM-R 的數據容量，但由于兩個根本原因，GPRS關鍵業務沒有成功商用。首先，GPRS“盡力而為”的數據承載能力不能保證鐵路行業的高 QoS 要求。其次，窄帶本身也限制了 GPRS 的使用。因此，GPRS 的應用場景僅限于非安全、不連續、小數據包業務。同時，基于移動閉塞的新型列車控制系統也對車地無線通信系統

9、的帶寬提出了更高的要求。綜上所述，鐵路行業亟需新的寬帶無線通信系統滿足激增的應用需求。鐵路無線通信發展現狀1.鐵路無線通信的現狀與趨勢華為下一代鐵路移動通信系統白皮書（2023）.indd 12023/9/28 20:02:18華為下一代鐵路移動通信系統白皮書02鐵路無線通信的現狀與趨勢1.2隨著鐵路信息技術的發展，多媒體調度通信、基于移動閉塞的列控系統、列車車況實時監測、智能運維、鐵路物聯網等各種新業務需求不斷涌現，GSM-R 的帶寬與時延逐漸無法滿足需求。2012 年，UIC 成立 FRMCS 項目組，啟動下一代鐵路移動通信系統研究。FRMCS 項目成立了三個工作組。功能工作組負責制定用戶

10、需求和功能需求。架構與技術工作組負責制定系統需求和技術方案。頻率工作組負責研究FRMCS 的頻率相關主題。2019 年，UIC 發布了 FRMCS 用戶需求規范（UGS）v4.0.0。功能需求規范（FRS v0.5.0）和系統需求規范（SRS v0.5.0）的第一個完整版本已發布。2023 年第一季度，UIC 發布了 TOBA FRS v1.0.0 和 FRMCS SRS v1.0.0。同時，UIC 也計劃在 2024 年第一季度發布 FRMCS v2.0。由于 FRMCS 使用 3GPP 技術，FRMCS 的基本要求也將納入 3GPP。2016 年，ETSI 和 3GPP 啟動鐵路業務需求與

11、已完成的 Rel-14 規范的差距分析。并從 Rel-15 開始，結合鐵路業務需求對基于 LTE 的關鍵業務進行了進一步補充和完善。FRMCS 的架構也利于鐵路業務的發展。與 GSM-R 不同，FRMCS 采用三層架構，由應用層、業務層和傳輸層組成，每個層都與其他層解耦，這給每層的業務升級或擴容帶來更高的靈活性。新架構有效促進了鐵路應用的擴展（如管理可視化、預測維護、入侵報警、精確定位、數字地圖、災難報警等）。對于 FRMCS 的頻率選擇，作為 UIC 的成員，歐盟鐵路組織擁有龐大的互聯鐵路網，他們對 FRMCS 可能使用的頻段進行了大量研究。根據歐盟委員會下屬的無線頻率委員會（RSC）發布的

12、決議，在目前 GSM-R 的 24MHz 頻率資源的基礎上，將 FRMCS 頻率擴展為 25.6MHz（874.4-880/919.4-925MHz）。同時使用 1900-1910MHz 的10MHz 頻段作為 900MHz 頻段的補充。在 2022 年 1 月 1 日之前，成員國應指定并在非排他性基礎上提供鐵路移動無線電的配對頻段 874,4-880,0 MHz 和 919,4-925,0MHz 歐盟成員國最遲應在 2025 年 1 月 1 日之前，根據國家需求，指定并在非排他性的基礎上提供鐵路移動無線電的非配對頻段 1900-1910MHz（委員會執行決定（歐盟）2021/1730 202

13、1 年 9 月 28 日)鐵路無線通信系統發展趨勢華為下一代鐵路移動通信系統白皮書（2023）.indd 22023/9/28 20:02:19華為下一代鐵路移動通信系統白皮書03鐵路無線通信的現狀與趨勢1.31.4無線通信技術現狀小結無線通信技術在過去幾十年中發展迅速。LTE 作為主流技術，已經被全球電信運營商商業化，并取得了巨大成功。根據 GSMA 報告，到 2023 年 LTE 網絡連接的百分比接近 60%。LTE 作為一項 3GPP 成熟的移動通信技術，在部分區域的軌道交通領域已有廣泛商用實踐（包括韓國火車快線、中國重載鐵路、中國城市軌道交通、法國城市軌道交通）。以中國為例，LTE 規

14、模承載了城軌最核心的列控和列調業務，為中國城軌行業的高速發展奠定了堅實的車地無線通信基礎。也正是由于 LTE 在軌道交通行業的規模應用，奠定了 LTE 在軌道交通行業堅實的生態基礎。同時，最新的無線通信技術已經完全實現了 4G 和 5G 共軟硬件平臺，使得 4G LTE 向 5G 的平滑演進成為可能。5G 作為 4G 的后續演進技術，也進入了部署階段并逐步投入商用。5G 引入了 C 波段和 mmWave 波段等頻段，大大擴展了可選擇的頻率范圍。未來，它還將為 FRMCS 網絡提供端到端的鐵路移動通信能力。綜合看來，基于移動通信 2G 技術的 GSM-R 已經無法滿足鐵路無線通信系統的發展要求。

15、而基于 4G/5G 通用軟硬件技術的 FRMCS 將是鐵路車地無線網絡發展的方向。得益于 4G/5G 通用的軟硬件模塊，也可以實現未來的長期平滑演進，最大限度保護鐵路運營商的投資。華為下一代鐵路移動通信系統白皮書（2023）.indd 32023/9/28 20:02:20華為下一代鐵路移動通信系統白皮書04總體技術分析FRMCS 旨在建設數字化、智能、高效的鐵路通信網絡。相比傳統 GSM-R 承載的 TCS 列控和語音列調外，FRMCS 網絡在承載業務上有如下創新應用：ATO 系統主要用于實現“地對車控制”，即用地面信息實現對列車驅動、制動的控制，根據控制中心指令完成對列車的啟動、牽引、惰行

16、和制動，送出車門和屏蔽門同步開關信號，使列車按最佳工況正點、安全、平穩運行。列車自動駕駛（ATO）信息傳送業務通信模式主要為點對點數據傳輸。在 ATO 列控區段車載設備向地面設備發送列車狀態、運行速度、控車策略、站內停準停穩等信息，地面設備向車載設備發送運行計劃、線路數據等信息。ATO 信息對于車地無線通信系統要求的帶寬是上下行各不小于 40kbps，端到端傳輸時延小于 150ms，丟包率不大于 0.1%。視頻業務在數字鐵路中發揮著重要作用。入侵報警、軌旁災害報警、維修助手、駕駛員行為評估等功能，大大提高了鐵路運營效率，減少了事故或災害損失。視頻業務包括：視頻類業務對于車地無線網絡帶寬要求較高

17、，一般單路視頻需要上行達到 1024 kbit/s 以上，但視頻類業務一般不屬于行車安全業務范疇，對于可靠性和優先級的要求不如列控和列調業務高。在某些區域例如車站和鐵路站場，非安全視頻業務可以考慮采用運營商網絡進行承載。2.1FRMCS 網絡服務分析點對點視頻服務點對多點視頻業務視頻組呼業務，包括：1)基于區域和基于用戶的預定義組呼；2)基于用戶的自定義組呼；02.視頻業務01.列車自動運行(ATO)2.總體技術分析華為下一代鐵路移動通信系統白皮書（2023）.indd 42023/9/28 20:02:21華為下一代鐵路移動通信系統白皮書05總體技術分析根據業務優先級、可靠性要求和帶寬要求，

18、可以把 FRMCS 需要承載的鐵路業務分為 8 類。如上表所示，FRMCS 網絡應該保證優先級較高的業務（緊急呼叫業務、列車調度和緊急語音通信以及列車控制和調度業務），在任何情況下可靠傳輸?；谏鲜鰩挿治?，可以大致估算出大型車站、普通車站和行車區間 FRMCS 網絡業務容量需求（Mbit/s）。無線電頻率是鐵路移動通信技術創新發展的基礎和先決條件，涉及生態系統、成本和網絡性能。以下我們將分析 FRMCS 各頻率的產業情況。如前所述，2021 年 9 月 28 日發布的指令性規范（EU）2021/1730 已經明確歐洲將使用 FDD 頻段的 874.4-880.0MHz（上行，終端到基站）/9

19、19.4-925.0MHz（下行，基站到終端）和 TDD 頻段的 1900-1910MHz 作為 FRMCS 的無線頻率。但是由于 FDD 2*5.6MHz 屬于傳統的鐵路無線頻率，雖然 3GPP 已經為鐵路定義了 n100序號業務類型優先級業務流向業務連續性帶寬(單用戶)1鐵路緊急呼叫0車-地地-地要求連續32kbps，上下行對稱2行車調度、應急語音通信1車-地車-車地-地要求連續32kbp5，上下行對稱3列控業務，行車安全數據1車-地 地-地要求連續150kbps4非行車調度，運營及維護語音2車-地地-地 列車內要求連續32kbps，上下行對稱5行車安全視頻，應急視頻2車-地 地-地要求連

20、續上行 1024kbps6調度視頻通信，運營視頻通信2/3車-地 地-地要求連續上下行對稱 1024kbps7運營維護檢測數據4車-地 地-地允許斷點續傳上行 512kbps8運營維護車載遠程數據更新、運營維護作業指導4車-地地-地允許斷點續傳下行 1024kbps業務類型大型車站普通車站行車區間上行下行上行下行上行下行行車應用、運營及維護13.7714.345.926.094.404.45行車應用7.367.934.264.433.523.582.2FRMCS 無線制式和頻率選擇華為下一代鐵路移動通信系統白皮書（2023）.indd 52023/9/28 20:02:21華為下一代鐵路移動通

21、信系統白皮書06總體技術分析TDD 是一種高效頻譜技術，因此 TDD 1900-1910MHz 被引入FRMCS。不同于 FDD 系統上下行使用不同的頻率，TDD 系統上下行共享同一頻率上的無線幀，通過占用不同的時隙來區分上下行，用戶可以根據業務需求不同，靈活調整上下行資源分配。相比于 FDD 系統，TDD 系統具有如下顯著的優勢：當前，TDD 制式的網絡已經在全球成熟廣泛應用。鐵路沿線的運營商網絡也已大量部署基于 TDD 制式的網絡，TDD 技術在高速移動場景下的性能已得到充分驗證。因此，綜合考慮技術特點和產業發展，現階段 FRMCS 網絡建設可以優先采用 1900M 的 TDD 頻段。GS

22、M-R 網絡完全退出后，可將其 874.4-880.0MHz（上行）/919.4-925.0MHz（下行）對稱頻譜帶寬用于發展 FRMCS 網絡的FDD 制式，作為既有 TDD 制式的補充。頻段（874.4-880.0MHz/919.4-925.0MHz），但當前這個頻段還缺乏產業支撐，主流廠家均沒有相關產品。同時，如何實現 4G/5G 和 GSM-R 在這個頻段內的共部署而避免相互干擾也還需要理論和工程研究。因此，874.4-880.0MHz/919.4-925.0MHz 現階段很難應用于 FRMCS 的部署，只有在產業和工程部署等難題解決后才適用于在該頻段部署 FRMCS。相比之下，TDD

23、 頻段的 1900-1910MHz 屬于 3GPP 標準中的 B39/N39（1880-1920MHz）頻段范圍，端到端的生態更加成熟，大多數主流商用產品，如基站、終端以及一些行業手臺都支持 LTE B39。雖然 TDD 1900-1910MHz 也在 5G N39 頻段范圍內，但是 3GPP 標準目前未定義具體 BAND 號、子幀配比等，且 5G 當前目標是擴大 C 波段和 mmWave 的可用頻率。因此，1.9GHz 并不是整體產業的優先選項，產業支持性較LTE 差。如果直接用于鐵路通信，生態系統將是一個不得不考慮的問題。綜合考慮，LTE TDD 1900 MHz 是目前 FRMCS 的首

24、選制式和首選頻率。2.3TDD 制式分析TDD 支持上下行非對稱業務，符合鐵路業務特點在 FRMCS 網絡承載的眾多業務中，大多數業務的上行業務量都明顯高于下行，如列車遠程監控、鐵路基礎設施無線監測、鐵路多媒體調度指揮通信、鐵路物聯網等。TDD 系統可以根據上下行業務量的不同關系，靈活地進行上下行時隙配比，實現對頻譜的有效利用。TDD 不需要成對頻率，頻率獲取難度相對較低對于 FRMCS，2GHz 以下頻段可以更好實現大規模覆蓋，減少小區間切換和多普勒頻移。然而這些黃金頻段，絕大多數都已經分配給了公網電信運營，如果采用必須有成對頻段的 FDD 制式，勢必將進一步增大頻率申請的難度。有效利用非對

25、稱零散頻段的 TDD 模式已逐漸被交通行業運營商接受。TDD 可以利用上下行信道的互易性信道估計對于無線系統來說是很重要的。信道估計的結果反映了空口狀態，如傳播、頻移和干擾。由于 TDD 網絡共享同頻，基站可以利用終端上報的上行信道信息預判下行信道模型，有利于智能多天線技術的應用，并有助于實現精確的多普勒頻移補償。華為下一代鐵路移動通信系統白皮書（2023）.indd 62023/9/28 20:02:21華為下一代鐵路移動通信系統白皮書07FRMCS 網絡架構分析隨著無線通信技術和虛擬化技術的發展，4G 和5G 時代的網絡架構與 2G 和 3G 時代相比發生了巨大變化。從 4G 開始，2G/

26、3G 中的基站控制器被刪除，網絡結構進一步簡化，縮短了整網端到端傳輸時延。與GSM-R 網絡采用 TDM 傳輸不同，LTE 及后續網絡支持端到端 IP 傳輸，這使得業務與網絡解耦成為可能。從整體架構的角度來看，FRMCS 網絡由核心網、無線接入網、用戶設備、運營支撐系統和鐵路 Mission Critical X（MCX）緊急任務業務系統五部分組成。列調業務整體網絡架構如下圖所示。從3G時代開始，為了控制建設成本、簡便運營，開始采用基站主控單元和射頻單元分離的分布式基站（BBU+RRU）方案替代傳統宏基站。此方案一直延續至 LTE 和 5G 時代。所以，在 FRMCS 無線網絡中，不會存在 G

27、SM-R 時代的宏基站產品形態，轉而全線采用分布式基站架構。BBU 部署在鐵路沿線的機房內，RRU 部署則比較靈活，可以與BBU 共站部署也可以與 BBU 拉遠部署。下面對 FRMSC 最關鍵的核心網和無線接入網進行業務和組網分析。運營支撐系統鐵路MCX服務器FRMCS核心網IP承載網FRMCS無線接入網車載終端手持終端3.1FRMCS 無線網絡架構3.FRMCS 網絡架構分析華為下一代鐵路移動通信系統白皮書（2023）.indd 72023/9/28 20:02:22華為下一代鐵路移動通信系統白皮書08FRMCS 網絡架構分析高可靠性是 TCS 傳輸網絡的基本要求，應避免單點故障影響系統業務

28、。根據 GSM-R 的經驗，在 FRMCS 網絡設計中引入了冗余機制。一般情況下，基站的冗余方式推薦采用共站址雙網絡。共站址雙網絡覆蓋方式是在同一站址設置兩套獨立基站（天饋線采用獨立或共用方式均可），形成雙層網絡。兩層網絡的覆蓋區域基本重疊，每一層網絡的覆蓋方式與普通單網類似。共站址雙網方案在中國城市軌道交通行業已經廣泛部署，大量商用實際證明該方案成熟可靠、工程投資低、運維簡單，完全滿足軌道交通對于可靠性要求。根據冗余組網的要求，可以將 1900-1910MHz 的 10MHz 頻段分為兩個 5MHz 進行組網，可以承載列控業務、集群語音業務、旅客信息系統以及列車狀態信息等。UIC 推薦了 1

29、.9GHz 頻段上的 10MHz 頻段用于 FRMCS。為了更好地滿足多媒體業務的訴求，可以選擇更寬的頻段資源，比如 1895-1915MHz。FRMCS網絡在不同場景應采取不同的覆蓋方案和基站設備，根據場景可分為正線、站場/車站、交叉/并線區段、隧道等場景。3.23.3無線冗余組網方案無線場景設計頻道序號工作頻段(MHz)頻道中心頻率F11900-19051902.5F21905 19101907.5正線相比于站場/車站和交叉、并線區段，對無線網絡容量的需求相對較小，可采用 BBU+RRU+無源天線的基站設備。正線：華為下一代鐵路移動通信系統白皮書（2023）.indd 82023/9/28

30、 20:02:23華為下一代鐵路移動通信系統白皮書09FRMCS 網絡架構分析根據 UIC 發布的 FRMCS 用例，站場/車站的通信方式很多種，如列車調度組成員之間以及貨物檢驗人員、列車檢驗人員之間的語音、數據和視頻通信、值班人員、地面操作員或任務關鍵場景。FRMCS 系統在僅有 10MHz 帶寬情況下無法承載所有應用業務。因此，站場/車站的 FRMCS 網絡應優先保障關鍵業務，其他應用可以在公網或 Wi-Fi 上承載。站場/車站：對于交叉、交越區段，可采用多條線路共用基站的方式，基站設置在交叉或交越點附近，共用基站設置多副天線滿足多條線路覆蓋需求，利用共小區等技術，將不同物理站址的 RRU

31、 在邏輯上合成為同一個小區，減少切換和重選次數，從而提升網絡性能。對于并線區段，需要根據線路之間平行間距采取適合的無線覆蓋方案，為避免相互之間產生干擾，可考慮采用窄波瓣天線，將能量集中在各自線路上。交叉/并線區段：FRMCS 在隧道等弱場區段同樣有覆蓋需求。隧道采用 RRU+漏纜覆蓋方案。在該解決方案中，FRMCS 和部分運營商公網可以使用相同寬頻段漏纜覆蓋，減少隧道的設施布局和維護工作量。隧道：FRMCS 核心網設備鐵路 MCX 服務器根據 FRMCS 定位，該標準將符合 3GPP，這意味著 FRMCS 核心網將是一個 3GPP 標準定義的典型核心網。它具有網絡接入控制、注冊和連接管理、接入

32、管理和移動性管理、注冊區管理、策略控制等基本核心網功能，可承載基本的數據傳輸業務。FRMCS 核心網采用云化網絡架構及 SDN/NFV 技術的通用服務器，支持構建專用數據中心和云化系統，具備向未來演進的能力。核心網可靠性要求級別高，在組網方案上必須考慮核心網災備。兩套災備核心網的業務面網元負荷分擔模式，作為一種經濟高效的解決方案，在單點故障時鐵路應用業務無感知，保障鐵路關鍵業務的高可靠運行。MCX 服務器首次作為關鍵部件引入鐵路行業。它包括初始會話協議核心（SIP Core）、接口網關和 MC（Mission Critical 關鍵業務）應用。SIP Core 主要實現信令控制平面的注冊、服務

33、選擇和路由功能。接口網關主要實現與鐵路既有通信系統的互聯。MC 業務應用由鐵路寬帶集群語音通信（MCPTT）、鐵路寬帶集群視頻通信（MCVideo）和鐵路寬帶集群數據通信（MCData）組成，分別實現語音、視頻和數據集群通信業務的呼叫控制。華為下一代鐵路移動通信系統白皮書（2023）.indd 92023/9/28 20:02:23華為下一代鐵路移動通信系統白皮書10FRMCS 無線網絡關鍵技術1900MHz 頻譜相比與 900MHz 在無線覆蓋上有所減弱，為了節省鐵路運營商的站點投資，需要尋找新技術來改善 1900MHz 的覆蓋范圍。與傳統的 GSM-R 相比，FRMCS 終端的上行功率有限

34、。如下表所示，根據 3GPP 協議，LTE 和 5G 的終端發射功率做了限制，不能超過 23dBm。目前業界的終端都是嚴格按照這個要求進行射頻硬件設計。4.1大功率終端提升 FRMCS 無線網絡覆蓋Table 6.2.2.1:UE Power ClassEUTRAbandClass 1(dBm)Tolerance(dB)Class 2(dBm)Tolerance(dB)Class 3(dBm)Tolerance(dB)Class 4(dBm)Tolerance(dB)1-23+2/-2-4-23+2/-2-5-23+2/-2-6-23+2/-2-9-23+2/-2-10-23+2/-2-11-

35、23+2/-2-13-23+2/-2-1431+2/-3-23+2/-2-17-23+2/-2-19-23+2/-2-20-23+2/-2-21-23+2/-2-4.FRMCS 無線網絡關鍵技術華為下一代鐵路移動通信系統白皮書（2023）.indd 102023/9/28 20:02:24華為下一代鐵路移動通信系統白皮書11FRMCS 無線網絡關鍵技術EUTRAbandClass 1(dBm)Tolerance(dB)Class 2(dBm)Tolerance(dB)Class 3(dBm)Tolerance(dB)Class 4(dBm)Tolerance(dB)22-23+2/-3.5-2

36、4-23+2/-2-27-23+2/-2-28-23+2/-2.5-30-23+2/-2-31-23+2/-2-.33-23+2/-2-34-23+2/-2-35-23+2/-2-36-23+2/-2-37-23+2/-2-38-23+2/-2-39-23+2/-2-0-23+2/-2-42-23+2/-3-43-23+2/-3-44-23+2/-3-NOTE 1 VoidNOTE 1 For the UE which supports both Band 11 and Band 21 operating frequencies,the tolerance is FFS.而 GSM-R 終端發

37、射功率可達到 33dBm（手持終端）和 39dBm（車載臺）。終端發射功率間的差異，會導致基于現有產品下 FRMCS 1900MHz 的覆蓋能力僅能做到 GSM-R 900MHz 的 1/3。因此，提升 FRMCS 終端上行發射功率就成為了提升 FRMCS 覆蓋能力的關鍵所在。根據業界通用的 Okumura-Hata 模型估算，如果 FRMCS cab radio 的上行功率可以做到 31dBm，FRMCS 覆蓋能力可以達到 GSM-R 網絡的60%左右，可以極大減少 FRMCS 網絡站點投資。目前，UIC 已在 FRMCS 標準中定義了 cab radio 發射功率可達31dBm。綜上，8T

38、8R MIMO 應該被視為提高無線網絡能力的重要特性和關鍵網絡能力。隨著無線通信技術的發展，多天線發射和多天線接收（MIMO）技術已經在 LTE 和 5G 網絡中廣泛應用。信號通過發射端與接收端的多個天線傳送和接收，從而改善通信質量。在不增加頻譜資源和天線發射功率的情況下，成倍地提高移動通信系統信道容量。根據運營商網絡的統計結果，以 4T4R 和 8T8R 對比，8T8R 技術無論在覆蓋還是容量上都有明顯提升。4.2多陣列智能天線提升 FRMCS 無線網絡覆蓋和容量TDD 4T4R35dBcoverageCapacity：+10%15%TDD 8T8R華為下一代鐵路移動通信系統白皮書（2023

39、）.indd 112023/9/28 20:02:24華為下一代鐵路移動通信系統白皮書12FRMCS 無線網絡關鍵技術FRMCS 網絡在高速移動場景下，其可靠性存在以下 2 種挑戰：針對多普勒頻移問題，基站利用上行信道導頻信號進行終端頻偏預估，并對終端頻率進行持續校正。通過該技術，可提升小區上行吞吐率，從而保障鐵路終端在高速場景下吞吐率和正常接入能力。經過運營商網絡部署經驗看，當時速超過 120km/小時時，開啟該特性可以有效保證高速移動無線信號質量。從 LTE 時代開始，分布式基站架構廣泛應用，基于分布式基站架構開發的 RRU 共小區技術已成熟應用。通過RRU 拉遠，一個 BBU 下的多個

40、RRU 可以在位置上分屬不同站址，但是在邏輯上屬于同一個小區。這樣列車在多個共小區 RRU 覆蓋范圍內運行可以不需要進行切換，不感知小區邊界，提高了網絡的性能。通過上行頻率糾偏和 RRU 共小區等特性，基于 TDD 頻段的 FRMCS 網絡可以很好滿足高速場景下無線信號的覆蓋質量從而保證鐵路列控和列調的行車業務穩定可靠傳輸。多普勒頻移頻繁切換4.3頻偏預估和共小區技術保障高速列車穩定通信在高速移動場景下，受多普勒效應影響，接收端接收信號頻率發生變化，導致發射頻率與接收頻率不同。在列車高速移動情況下，終端用戶發生頻繁切換，可能造成吞吐率下降甚至掉話，影響業務穩定性。d ff+fdf+fdfCel

41、l2Cell1RRU0RRU1RRU2RRU3華為下一代鐵路移動通信系統白皮書（2023）.indd 122023/9/28 20:02:25華為下一代鐵路移動通信系統白皮書13FRMCS 無線網絡關鍵技術4.44.5冗余方案提升 FRMCS 無線網絡可靠性4G/5G 融合網絡保障業務平滑演進和長期穩定運行在鐵路無線網絡建設中，最為關注的就是網絡整體的可靠性，需要確保單點故障不能影響安全類行車業務。在實際鐵路無線網絡部署中，可采用組網冗余、設備冗余、單板冗余等方式，避免設備單點故障，提升系統可靠性。在消費者領域，移動通信系統已發展到第四代（4G/LTE）和第五代（5G），形成非常成熟的產業鏈，

42、并在全球大規模商業部署。相比之下，行業均認同鐵路移動通信系統亟待升級換代。華為積極與產業伙伴一起深入研究 4G/5G 無線寬帶技術在鐵路行業的應用，同時推動 4/5G 大功率終端的標準和生態構建，有效提升基站覆蓋范圍，降低客戶網絡投資?？紤]到 FRMCS 5G 標準尚未凍結，現階段依托 3GPP 標準成熟產業生態，先上快用 1.9GHz 頻譜的 LTE 網絡，既能滿足客戶快速商用部署 FRMCS 的訴求，又能助力加速行業數字化轉型。LTE 網絡支持平滑升級到 5G，使能 FRMCS 方案面向未來持續演進，在保護客戶投資和業務穩定運行前提下滿足商用部署需求。無線網絡通過部署同站址雙網實現同一區域

43、的無線冗余覆蓋。正常情況下雙網同時工作，終端可以通過參數設置選擇優先接入網絡，當工作網絡故障后終端可以快速切換到備用網絡。雙網覆蓋：分布式基站架構下，一個 BBU 連多個不同物理站點 RRU。多個 RRU 間可以通過環型組網的方式連接，當連接 BBU 和 RRU 的光纖故障時，可以實現快速環內倒換確?；菊９ぷ?。RRU 環網：如果 FRMCS 核心網故障，鐵路關鍵業務將受到很大影響。因此，FRMCS核心網的業務面網元應該采用主備方案來保證在設備故障后整網用戶面業務無感知。設備異地容災：除了組網和設備級的冗余方案，FRMCS 網絡的基站和核心網設備的關鍵電源模塊，主要控制處理單板等也都應該具備

44、冗余備份能力。主用單板故障后系統應該有能力自動切換到備用單板，無需人工干預。另外，網絡設備具有在線擴容能力，在增加業務擴充場景下，不影響既有的可靠性。單板冗余備份：RRUBBURRURRUMCX ServerMCX Server1+1redundancy華為下一代鐵路移動通信系統白皮書（2023）.indd 132023/9/28 20:02:25目前，華為下一代鐵路移動通信解決方案，Huawei Railway Wireless for FRMCS，是業界首個基于 1.9GHz LTE 網絡的 FRMCS 商用方案。相比傳統 1.9GHz 方案，華為 FRMCS 商用方案覆蓋能力提升2倍以上

45、，可利舊GSM-R站點資源。定制窄帶射頻模塊，有效降低異系統干擾風險。該方案包含 8T8R 新基站和大功率終端關鍵網元。8T8R 新基站作為業界首款鐵路定制4G/5G 融合基站，功率 8*40W，具備硬件 5G 演進能力，以及 5+5M&10M 組網能力。大功率終端是業界首款大功率車載臺，發射功率可達31dBm。5.產品及商用解決方案SOLUTIONS華為下一代鐵路移動通信系統白皮書14華為下一代鐵路移動通信系統白皮書（2023）.indd 142023/9/28 20:02:26華為下一代鐵路移動通信系統白皮書15結論華為下一代鐵路移動通信系統白皮書（2023）.indd 152023/9/

46、28 20:02:27華為下一代鐵路移動通信系統白皮書16結論6.結論鐵路 FRMCS 無線網絡的發展，離不開標準的支持、產業的成熟、技術的匹配等各方面因素。作為鐵路信息化、現代化、智能化的重要基礎設施，FRMCS 網絡的發展需要行業組織、標準協會、設備廠家和鐵路業主的共同推動?，F階段 3GPP 無線寬帶技術應用已經相當成熟，借鑒 3GPP 成熟的生態和產業技術，疊加鐵路行業應用形成鐵路 FRMCS 解決方案是已成趨勢?，F階段 FRMCS 頻率已經分配，鐵路行業數字化改造需求強烈。華為相信 FRMCS 時代已到來。如果設備廠家和鐵路業主共同推進 FRMCS 產業生態和商用部署，它將是全球下一個

47、成功的車地無線通信解決方案。CONCLUSION華為下一代鐵路移動通信系統白皮書（2023）.indd 162023/9/28 20:02:28華為技術有限公司深圳龍崗區坂田華為基地電話：+86 755 28780808郵編：免責聲明本文檔可能含有預測信息，包括但不限于有關未來的財務、運營、產品系列、新技術等信息。由于實踐中存在很多不確定因素，可能導致實際結果與預測信息有很大的差別。因此，本文檔信息僅供參考，不構成任何要約或承諾，華為不對您在本文檔基礎上做出的任何行為承擔責任。華為可能不經通知修改上述信息，恕不另行通知。版權所有 華為技術有限公司 2023。保留一切權利。非經華為技術有限公司書面同意，任何單位和個人不得擅自摘抄、復制本手冊內容的部分或全部，并不得以任何形式傳播。商標聲明 ，是華為技術有限公司商標或者注冊商標，在本手冊中以及本手冊描述的產品中，出現的其它商標，產品名稱，服務名稱以及公司名稱，由其各自的所有人擁有。華為下一代鐵路移動通信系統白皮書（2023）.indd 172023/9/28 20:02:28