近日，工信部向中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“國(guó)鐵集團(tuán)”）批復(fù)5G-R試驗(yàn)頻率的消息，引起了行業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。

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究竟什么是5G-R？為什么工信部會(huì)在此時(shí)批復(fù)5G-R的試驗(yàn)頻率？

今天，小棗君就通過(guò)問(wèn)答的形式，給大家做一個(gè)詳細(xì)解讀。

█ 什么是5G-R？

5G-R的英文全稱(chēng)，是5G-Railway。Railway，是英文“鐵路”的意思。

在批復(fù)中，5G-R被稱(chēng)為“基于5G技術(shù)的鐵路新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)”。其實(shí)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，5G-R就是用于鐵路運(yùn)輸行業(yè)的5G技術(shù)。

有的讀者可能會(huì)問(wèn)：5G-R是不是給鐵路乘客上網(wǎng)用的？

答案是：No。

5G-R屬于專(zhuān)網(wǎng)（Private Network）通信系統(tǒng)。它是國(guó)鐵集團(tuán)的專(zhuān)用5G網(wǎng)絡(luò)，專(zhuān)門(mén)用于滿(mǎn)足鐵路通信運(yùn)營(yíng)和管理需求，是鐵路內(nèi)部使用的。

而乘客上網(wǎng)，連接的主要是移動(dòng)、電信、聯(lián)通等運(yùn)營(yíng)商的公網(wǎng)（Public Network）通信系統(tǒng)。

這兩種系統(tǒng)完全獨(dú)立和隔離，終端也不能混用。

正因?yàn)槿绱耍?G-R才需要單獨(dú)申請(qǐng)頻譜，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

國(guó)內(nèi)5G-R的工作頻段是2100MHz。具體來(lái)說(shuō)，上行1965~1975MHz，下行2155~2165MHz，各10MHz，采用FDD制式。

█ 鐵路專(zhuān)網(wǎng)通信，有哪些應(yīng)用場(chǎng)景？

鐵路交通運(yùn)輸，是典型的移動(dòng)通信場(chǎng)景，對(duì)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的需求非常強(qiáng)烈。

不管是高鐵，還是普速列車(chē)（綠皮車(chē)），不管是客運(yùn)列車(chē)，還是貨運(yùn)列車(chē)，都需要隨時(shí)保持與車(chē)站的緊密聯(lián)系，這是鐵路安全運(yùn)行的基本前提。

歸納來(lái)看，鐵路專(zhuān)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)通信包括以下幾種應(yīng)用場(chǎng)景：

1、正線(xiàn)車(chē)地通信

所有鐵路正線(xiàn)經(jīng)過(guò)的地方，都需要進(jìn)行信號(hào)覆蓋。這屬于典型的廣域覆蓋場(chǎng)景。

列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，主要用到的通信系統(tǒng)和業(yè)務(wù)包括：列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)（CTCS/ETCS）、重載組合列車(chē)的機(jī)車(chē)同步控制和調(diào)度通信、列車(chē)進(jìn)路預(yù)告、調(diào)度命令信息等。

這些都關(guān)系到列車(chē)的正常運(yùn)行，對(duì)安全性和可靠性要求極高，偏uRLLC（高可靠低時(shí)延通信）場(chǎng)景。

因?yàn)榱熊?chē)高速行駛（尤其是高鐵），所以通信系統(tǒng)也必須具備高速適應(yīng)性，時(shí)速350km也能夠保證一定的通信能力。

大家可能潛意識(shí)會(huì)認(rèn)為鐵路專(zhuān)網(wǎng)會(huì)有極高的時(shí)延需求，但實(shí)際上，像列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)，鐵路規(guī)范給出的要求只有150ms，并不難實(shí)現(xiàn)。

除了車(chē)地之外，現(xiàn)在車(chē)車(chē)（T2T）通信也有需求，主要應(yīng)用于防撞系統(tǒng)。

2、鐵路站場(chǎng)、樞紐

鐵路客運(yùn)車(chē)站、貨運(yùn)編組站、機(jī)務(wù)段、車(chē)輛段、動(dòng)車(chē)所等區(qū)域，也是通信需求較為密集的場(chǎng)所，屬于熱點(diǎn)覆蓋區(qū)域。

主要業(yè)務(wù)包括：平面調(diào)車(chē)、調(diào)車(chē)監(jiān)控、編組站自動(dòng)化、客站服務(wù)、車(chē)載數(shù)據(jù)下載、站場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)、站場(chǎng)維護(hù)作業(yè)等。

這里的人員、車(chē)輛和設(shè)備較多，對(duì)通信帶寬和容量有一定的要求（終端的空間移動(dòng)速率較低，沒(méi)有高速適應(yīng)性要求），偏eMBB（增強(qiáng)移動(dòng)寬帶）場(chǎng)景。

3、鐵路沿線(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施

除了列車(chē)之外，鐵路沿線(xiàn)的基礎(chǔ)設(shè)施，也有通信需求。

例如，鐵路沿線(xiàn)電務(wù)、工務(wù)等專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備（橋梁、隧道、接觸網(wǎng)、鐵塔等，目前重要的線(xiàn)路信號(hào)等設(shè)備還是有線(xiàn)通信為主）。

這幾年，鐵路沿線(xiàn)洪水、山體滑坡等自然災(zāi)害頻發(fā)。為了監(jiān)測(cè)災(zāi)害，鐵路部門(mén)設(shè)置了很多監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，也有通信需求。

這些監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)連接數(shù)量大，帶寬要求小，偏mMTC（海量機(jī)器通信）場(chǎng)景。

4、車(chē)輛內(nèi)部通信場(chǎng)景

主要指動(dòng)車(chē)組等高速客運(yùn)車(chē)輛，業(yè)務(wù)包括：列車(chē)定位、自動(dòng)駕駛、移動(dòng)裝備狀態(tài)檢測(cè)、智能診斷等。

列車(chē)內(nèi)外的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)比較多，例如6A（機(jī)車(chē)車(chē)載安全防護(hù)系統(tǒng)，包含：機(jī)車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)、防火、高壓絕緣、列車(chē)供電、走行部、視頻）和6C（供電安全檢測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）。它們是掌握列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)的重要手段。

其它鐵路通信會(huì)用到的場(chǎng)景還包括：事故救援（話(huà)音和多媒體集群）、移動(dòng)運(yùn)維（數(shù)據(jù)、話(huà)音和多媒體集群）、LBS（基于位置的服務(wù)，如人員定位和列車(chē)定位等）和高鐵Wi-Fi。

高鐵Wi-Fi現(xiàn)在比較熱門(mén)。

數(shù)字時(shí)代，旅客對(duì)高鐵上網(wǎng)的需求比較大。公網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商信號(hào)覆蓋有好有壞，國(guó)鐵集團(tuán)也在研究和部署高鐵Wi-Fi等，尋找商業(yè)機(jī)會(huì)。國(guó)鐵集團(tuán)還聯(lián)合吉利、騰訊專(zhuān)門(mén)成立了國(guó)鐵吉訊，推動(dòng)高鐵Wi-Fi平臺(tái)的建設(shè)。

█ 什么是GSM-R？

說(shuō)到5G-R，就肯定會(huì)提到它的前任——GSM-R。

顧名思義，GSM-R是基于GSM技術(shù)，專(zhuān)門(mén)為鐵路行業(yè)設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)。

上世紀(jì)90年代初，GSM標(biāo)準(zhǔn)剛剛確立的時(shí)候，西門(mén)子公司就開(kāi)始醞釀和起草GSM-R技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

后來(lái)，國(guó)際鐵路聯(lián)盟（UIC，International Union of Railways）和歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）合作，針對(duì)歐洲鐵路系統(tǒng)，共同推出了最終版的GSM-R標(biāo)準(zhǔn)。

與傳統(tǒng)GSM標(biāo)準(zhǔn)相比，GSM-R主要增加了鐵路專(zhuān)用調(diào)度通信的相關(guān)功能。

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目前，我們國(guó)家主要使用的鐵路專(zhuān)網(wǎng)通信技術(shù)，就包括GSM-R。

新中國(guó)成立后，鐵路系統(tǒng)開(kāi)始使用列車(chē)無(wú)線(xiàn)調(diào)度電話(huà)和站內(nèi)無(wú)線(xiàn)電話(huà)，采用工作頻率為2MHz和40MHz的電子管設(shè)備。

進(jìn)入70年代，我們逐漸開(kāi)始轉(zhuǎn)向150MHz和450MHz頻段的晶體管設(shè)備。

再后來(lái)，鐵路專(zhuān)用的無(wú)線(xiàn)電頻率，就定在450MHz頻段，用于列車(chē)無(wú)線(xiàn)調(diào)度通信、站場(chǎng)平面調(diào)車(chē)、客貨運(yùn)輸及養(yǎng)護(hù)維修等對(duì)講通信業(yè)務(wù)。

無(wú)線(xiàn)列調(diào)（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）

90年代GSM-R在歐洲出現(xiàn)之后，我們國(guó)家也及時(shí)進(jìn)行了學(xué)習(xí)和引進(jìn)。

2004年，為滿(mǎn)足高速鐵路發(fā)展CTCS-3級(jí)列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)的需要，鐵道部正式采用GSM-R標(biāo)準(zhǔn)，作為我國(guó)新一代鐵路無(wú)線(xiàn)通信國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

值得一提的是，我國(guó)是亞洲第一個(gè)發(fā)展GSM-R的國(guó)家。國(guó)內(nèi)第一條應(yīng)用GSM-R的鐵路，是著名的青藏鐵路。

國(guó)內(nèi)的GSM-R，采用的是900MHz“黃金頻段”（從中國(guó)移動(dòng)那邊“要”來(lái)的），上行885-889MHz，下行930-934MHz，2×4MHz帶寬，最大覆蓋距離可達(dá)6～9km。

從2008年起，新（改）建鐵路幾乎全部采用GSM-R作為專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)。

從2012年起，工信部停止核準(zhǔn)基于450MHz頻段的模擬制式無(wú)線(xiàn)列調(diào)系統(tǒng)。因?yàn)樵撓到y(tǒng)抗干擾能力差、語(yǔ)音質(zhì)量低、業(yè)務(wù)有限。

在那之后，廈深高鐵、廣深港高鐵、青藏線(xiàn)、大秦線(xiàn)、膠濟(jì)線(xiàn)、武廣線(xiàn)、鄭西線(xiàn)、石太線(xiàn)、合寧線(xiàn)、合武線(xiàn)、京津城際線(xiàn)、京滬高鐵等國(guó)內(nèi)重要鐵路線(xiàn)路，都采用了GSM-R技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化升級(jí)。

截至2021年底，國(guó)內(nèi)GSM-R覆蓋線(xiàn)路里程（含在建）達(dá)到8.9萬(wàn)公里，用戶(hù)數(shù)超過(guò)35萬(wàn)。

█ 有了GSM-R，為什么還要搞5G-R？

當(dāng)然是因?yàn)?G-R更先進(jìn)。

時(shí)至今日，基于2G技術(shù)構(gòu)建的GSM-R標(biāo)準(zhǔn)，早已無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代鐵路的發(fā)展需求。

GSM-R以語(yǔ)音業(yè)務(wù)為主，頻率效率低，窄帶數(shù)據(jù)帶寬最多只有100多KB，難以承載鐵路數(shù)字化改造后的通信大帶寬需求。

幾年前，國(guó)內(nèi)曾經(jīng)提出基于LTE-R（4G）建設(shè)鐵路無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)，但測(cè)試了一段時(shí)間后，沒(méi)有大規(guī)模商用。

如今看來(lái)，國(guó)家就是打算一步到位，跳過(guò)LTE-R，直接上5G-R。

5G-R基于5G技術(shù)，具備超大帶寬、超低時(shí)延、海量連接的特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)性能幾乎碾壓GSM-R。

在網(wǎng)絡(luò)能力上，5G-R支持網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計(jì)算等業(yè)務(wù)，可以為鐵路關(guān)鍵業(yè)務(wù)提供服務(wù)質(zhì)量保障。

在安全性和可靠性上，5G-R也有巨大的提升。這對(duì)鐵路運(yùn)輸安全非常重要。

█ 5G-R和公網(wǎng)5G，有什么區(qū)別？

5G-R和公網(wǎng)5G的工作原理基本上是一樣。尤其是無(wú)線(xiàn)空口部分，基本上沒(méi)有區(qū)別。

5G-R的主要不同，集中體現(xiàn)在業(yè)務(wù)類(lèi)型、組網(wǎng)方式和性能要求上。

業(yè)務(wù)類(lèi)型前面已經(jīng)介紹過(guò)了，鐵路有自己很多的特殊業(yè)務(wù)。

在組網(wǎng)方式方面，5G-R沿鐵路線(xiàn)進(jìn)行部署，無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)更多采用鏈狀組網(wǎng)。

核心網(wǎng)側(cè)，需要與鐵路部門(mén)的生產(chǎn)方式、組織方式相匹配，進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M網(wǎng)改造。

下面這張圖，是5G-R的一個(gè)組網(wǎng)架構(gòu)示意：

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參考來(lái)源：鐵路5G專(zhuān)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)和組網(wǎng)技術(shù)研究，鮮棗課堂做了修改

除了傳統(tǒng)公網(wǎng)5G所包含的控制面網(wǎng)元（AMF、SMF、UDM等）和媒體面網(wǎng)元（UPF）之外，我們可以看到一些5G-R專(zhuān)用設(shè)備，例如鐵路寬帶集群通信（MCX，Mission Critical X-Service，關(guān)鍵業(yè)務(wù)）設(shè)備、5G智能網(wǎng)（5G-IN）、5G設(shè)備識(shí)別寄存器（5G-EIR）等。

這個(gè)MCX設(shè)備，通過(guò)它，5G-R可以與其他通信系統(tǒng)互聯(lián)，提供有線(xiàn)無(wú)線(xiàn)融合的調(diào)度通信業(yè)務(wù)。還可以實(shí)現(xiàn)與鐵路固定電話(huà)網(wǎng)互聯(lián)互通，滿(mǎn)足公務(wù)通信需求。

█ 5G-R標(biāo)準(zhǔn)由誰(shuí)負(fù)責(zé)制定？

5G-R基于5G（IMT-2020），而5G的標(biāo)準(zhǔn)制定當(dāng)然是大名鼎鼎的標(biāo)準(zhǔn)化組織——3GPP（第三代合作伙伴項(xiàng)目）負(fù)責(zé)。

目前，5G已經(jīng)經(jīng)歷了3GPP R15-R17階段。R18也即將凍結(jié)，它將開(kāi)啟5G-Advanced（5.5G）時(shí)代。

國(guó)際上另外一個(gè)專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)鐵路通信標(biāo)準(zhǔn)研究的組織，是前面提到的，參與制定GSM-R標(biāo)準(zhǔn)的UIC（國(guó)際鐵路聯(lián)盟）。

2012年，UIC聯(lián)合ETSI、3GPP，啟動(dòng)了FRMCS（Future Railway Mobile Communication System，未來(lái)鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)）項(xiàng)目。2016年，UIC將5G納入FRMCS的研究范圍。

UIC的目標(biāo)，是在2025年推出基于R17版本的第1版FRMCS，在鐵路試點(diǎn)應(yīng)用。

國(guó)內(nèi)在5G-R標(biāo)準(zhǔn)體系方面也做了大量的工作。

國(guó)鐵集團(tuán)在2015年成立了NGCR（下一代無(wú)線(xiàn)電通信工作組），設(shè)頻譜、標(biāo)準(zhǔn)、服務(wù)、行業(yè)、測(cè)試5個(gè)分工作組。

2020年8月，國(guó)鐵集團(tuán)發(fā)布《新時(shí)代交通強(qiáng)國(guó)鐵路先行規(guī)劃綱要》，明確提出：

“加強(qiáng)5G通信網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)等新型基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和應(yīng)用，豐富應(yīng)用場(chǎng)景，延伸產(chǎn)業(yè)鏈條，統(tǒng)籌推進(jìn)鐵路新一代移動(dòng)通信專(zhuān)網(wǎng)建設(shè)，構(gòu)建泛在先進(jìn)、安全高效的現(xiàn)代鐵路信息基礎(chǔ)設(shè)施體系”。

后來(lái)，國(guó)鐵集團(tuán)先后印發(fā)《國(guó)鐵集團(tuán)關(guān)于加快推進(jìn)5G技術(shù)鐵路應(yīng)用發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)》、《鐵路5G技術(shù)應(yīng)用科技攻關(guān)三年行動(dòng)計(jì)劃》，積極部署5G-R應(yīng)用，以及技術(shù)研究。

根據(jù)行業(yè)的初步預(yù)測(cè)，2025年將實(shí)現(xiàn)5G-R和GSM-R的并行發(fā)展。2030年實(shí)現(xiàn)5G-R對(duì)GSM-R的替代。基于900MHz頻段的5G-R研究，也已經(jīng)在啟動(dòng)推進(jìn)之中。

█ 這次批復(fù)試驗(yàn)頻率，有什么意義？

確定無(wú)線(xiàn)電工作頻率，是發(fā)展一項(xiàng)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的重要前提條件。

確定了頻譜，產(chǎn)業(yè)界進(jìn)行技術(shù)研究就有了目標(biāo)，對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)，也會(huì)更有信心。這有利于產(chǎn)業(yè)鏈的迅速成熟，也有利于激發(fā)科技自主創(chuàng)新。

有了試驗(yàn)頻率，國(guó)鐵集團(tuán)可以進(jìn)一步推動(dòng)相關(guān)科研課題和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，驗(yàn)證5G-R頻率方案的可行性，以及與鄰頻段相關(guān)系統(tǒng)的兼容共存。

在核心網(wǎng)、承載網(wǎng)和接入網(wǎng)設(shè)備方面，在終端和模組方面，相關(guān)工作也可以大跨步向前推進(jìn)。

█ 結(jié)語(yǔ)

高鐵是我們的國(guó)家名片，5G也是。

工信部適時(shí)批復(fù)試驗(yàn)頻譜，顯示出我們國(guó)家大力推動(dòng)鐵路數(shù)字化建設(shè)的決心。

結(jié)合去年工信部給中國(guó)商飛頒發(fā)第一張企業(yè)5G專(zhuān)網(wǎng)頻率的新聞，我們也可以看出，國(guó)家對(duì)專(zhuān)網(wǎng)通信的支持力度在加大。

專(zhuān)網(wǎng)是支撐企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的一個(gè)重要底座。授予專(zhuān)屬頻譜，對(duì)于專(zhuān)網(wǎng)發(fā)展極為有利。

未來(lái)，國(guó)家是否會(huì)給專(zhuān)網(wǎng)通信劃分更多頻率資源，以此促進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的全面推進(jìn)，讓我們拭目以待！

好啦，以上就是今天文章的全部?jī)?nèi)容。感謝大家的耐心觀(guān)看！