支撑铁路数字化转型，实现5G-R“六可”发展目标

        铁路的发展经历了蒸汽机铁路到电气化铁路再到信息化铁路的三个时代、两次转型。当前，为拥抱数字经济，助力铁路高质量发展，铁路行业正积极探索数字化发展新道路，完成第三次转型——数字化。党的十八大以来，国家陆续出台了一系列政策文件和战略部署，系统推进各行各业数字化转型。2023年2月发布的《数字中国建设整体布局规划》为铁路行业实现数字化转型、高质量发展指明了方向和根本依据；2023年9月中国国家铁路集团有限公司（以下简称“国铁集团”）发布了《数字铁路规划》，为开展数字铁路建设提供重要依据和行动指南。《数字铁路规划》特别指出，要加强站场5G专网和宽带无线接入能力建设，全力推进5G-R系统建设。

        2023年9月26日，工业和信息化部批复国铁集团铁路新一代移动通信系统（5G-R）试验频率。此次批复是引领铁路行业数字化转型、高质量发展的有力抓手，也是“着力铁路数字经济与实体经济深度融合”的有力体现，有利于进一步提升铁路通信的安全保障能力、提高铁路行车效率、巩固我国铁路的世界领先优势，对于推动我国铁路移动通信技术的升级换代和可持续发展具有重大意义。在5G-R试验频率获批后，未来铁路移动通信系统将从“试验场”走向“竞技场”，从“象牙塔”走向“应用场”，在高速铁路、高原铁路、高寒铁路、重载铁路上进行充分的试验验证与示范应用；通过规模试验与考验，打造自立自强、世界领先的全体系配套系统与网络设备，铸就神州钢铁巨龙的“千里眼”与“顺风耳”。

        推进5G-R系统建设和应用，铁路通信既面临新的发展机遇，也面临诸多重大挑战。针对5G-R系统建设，国铁集团提出“四智”“六可”的总体发展思路。“四智”即“网络智能运行、资源智能管理、系统智能维护、业务智能应用”的智能发展方向；“六可”即“可视、可管、可控、可测、可靠、可信”的智能铁路通信网发展目标（见图1）。

        铁路5G-R系统的“六可”发展目标中，“可视”是基础，“可管、可控、可测”是手段，“可靠、可信”是核心。

铁路5G-R“可视”技术及应用

        铁路5G-R“可视”旨在建立铁路可视化平台，实现从图表可视化到三维可视化、虚拟现实、数字孪生可视化。利用物联网、全高清视频、虚拟现实/增强现实等技术实现可视化数字孪生，利用人工智能、大数据等技术实现网络状态可视化，并借助增强现实远程智能辅助决策。

        铁路5G-R系统可实现网络资源可视、网络状态可视、维护管理可视、网络性能可视，以及网络安全可视，系统可视化贯穿整个5G-R规划、建设、维护、优化、运营生命周期。铁路5G-R可视的目标是让网络建设更加精准、网络运行更加透明、网络维护更加智能、网络安全更有保障，提升5G-R网络使用体验和管理水平。

铁路5G-R“可管”技术及应用

        铁路5G-R“可管”对铁路通信网络的运维管理流程和方式进行重构，增强全程、全网的安全运行管控能力，实现管理手段和模式的自动化、智能化和一体化。

        5G-R作为新一代铁路移动通信系统，其网络管理系统架构在满足传统管理能力基础上，向大容量、集中化、智能化和开放化方向发展。5G-R“可管”应用体系架构如图2所示，包含可管应用、可管能力、可管技术、可管对象四层架构。

        “可管”应用就是具体的应用平台或网元管理系统，5G-R网络可管应用既包括系统内生的存量部分，又包括拓展的增量部分。系统内生可管能力包括资源可管、运行可管、质量可管、安全可管；拓展部分主要指系统业务可管。

铁路5G-R“可控”技术及应用

        铁路5G-R“可控”主要包括核心技术自主可控、供应链可控、安全可控、网络可控等方面，实现自主可控的软件、硬件、仪器仪表及芯片，集优势力量打造自主可控的全产业链，突破技术壁垒。

        核心自主技术可控，包括芯片设计、嵌入式软件研发、云平台研发、设备冗余方案、可靠性方案等5G-R核心技术可控。

        供应链可控，主要是指生产材料、供应商等下游产业生态安全，避免供应商单一风险，对材料产品进行安全管控，同时厂商实现制造安全管理；关键核心器件具备国产化选项。

        安全可控，主要包括5G-R网络的基础设施安全、接入安全、传输安全、数据安全、运维安全等，端到端的产品设计都应考虑可控的技术要求。

        网络可控，包括覆盖可控、容量可控以及网络服务质量可控。覆盖可控，是指通过无线网络规划技术、覆盖增强技术、多天线技术等实现对铁路沿线目标的全覆盖，避免过覆盖、弱覆盖等问题；容量可控，是指通过干扰检测和协调技术，提升设备的抗干扰能力，规避铁路5G-R系统内部，以及5G-R与电联系统、大S卫星系统之间的干扰，提升系统容量，容量规划符合铁路用户需求；服务质量可控，是指通过5G-R的5QI技术，为铁路特定的业务需求制定QoS策略，以满足带宽、时延、丢包率等需求，实现服务质量可控的目标。

铁路5G-R“可测”技术及应用

        铁路5G-R“可测”针对不同网络建设阶段，以软件功能、硬件射频指标、动态检验检测、日常运维等不同目标进行测试，以终端、基站、核心网为测试对象进行分系统测试，以覆盖、电磁环境、干扰、路测为手段进行外场测试。同时，产品安全测试及独立安全测评也是“可测”必不可少的部分。

        软件功能测试，根据《铁路5G专用移动通信（5G-R）系统基站设备暂行技术条件》的要求的功能，进行实验室及外场测试，以测评铁路设备对于用户需求的满足度。

        硬件射频测试，对基站基带频谱、接收频谱、无源互调、驻波比位置测量、载频频谱等进行分析，以测评基站硬件对于协议一致性的满足。

        动态验收测试，利用动检车，设置不同的速度级，测试网络优化是否达到预期、当前网络是否满足应用需求。

        日常运维测试，根据通信中心的运维规范，周期性进行设备和网络测试，以评估设备和网络健康度。

铁路5G-R“可靠”技术及应用

        铁路5G-R“可靠”技术，结合5G-R冗余组网架构，以及软件算法技术，提升铁路5G系统整体性能可靠性水平。冗余组网技术包括接入控制级、设备级、射频模块级、基带单板级等冗余技术；软件算法包括多普勒频偏补偿技术、超级小区技术、上行联合接收等技术。

铁路5G-R“可信”技术及应用

        铁路5G-R“可信”借助安全存储、安全启动、安全版本等关键技术，构建无线设备可信环境，采用系统加固、传输加固、账户加固等方式，达成产品可信目标。同时，通过5G产品安全认证，进一步提升产品可信水平。

        中兴通讯是5G网络全球领导者之一，研究铁路下一代移动通信系统超过十年，是全球GSM-R主要供应商。中兴通讯力图通过对产品设计、规划、研发、生产全流程的管控，实现铁路5G-R“六可”奋斗目标，在数字化转型、铁路智能通信网建设的大潮中，中兴通讯始终是铁路用户最有力的合作伙伴。