5G毫米波专网：铁路站场智能化转型的“数字底座”

        铁路货运在经济发展中扮演着至关重要的角色，也是国家铁路的重要收入来源之一。2024年，国家铁路累计完成货物发送量39.9亿吨，同比增长1.9%，连续8年实现增长，日均装车首次突破18万车大关。随着“一带一路”倡议落实和国内消费升级，原材料、零部件、成品集装箱运输需求激增，分布在全国的众多铁路货场和编组站在铁路运输系统中发挥着不可或缺的作用。然而目前铁路的货场和编组站在运营过程中面临诸多痛点，传统通信方式难以满足铁路站场对实时性和可靠性的要求，导致信息传输不及时、不准确，影响了作业效率和安全性。同时，铁路站场的设备众多，环境复杂，传统网络的覆盖范围和容量有限，无法实现对所有设备的有效连接和管理。

        近年来，国家高度重视数字经济的发展，出台了一系列政策推动传统行业的数字化转型。《“十四五”数字经济发展规划》明确指出，要加快推动产业数字化转型，促进数字技术与实体经济深度融合。在这样的政策背景下，铁路行业作为国家重要的基础设施产业，其数字化转型升级势在必行。

铁路站场对无线专网有较高要求

        在列车编组过程中，需要实时获取列车的位置、速度、状态等信息，以便调度员进行合理的指挥和调度。在货物装卸过程中，需要实时监控货物的装卸进度、重量、位置等信息，确保货物的安全和准确运输。这些实时数据的传输需要无线专网具备高速率和低时延的特性。

        铁路站场中分布着大量的机械设备，如装卸设备、轨道传感器、信号机等。这些设备都需要通过无线专网实现联网，以便实现自动驾驶、远程操控、集中管理和监控等业务。无线专网需要具备大容量和广覆盖的特点，能够连接大量设备，并保证设备之间的稳定通信。

        此外，站场的作业环境大部分为户外场景且场地巨大，无线环境较为复杂，无线专网需具备高度的可靠性和安全性，防止信息泄露和干扰，确保铁路站场的正常运营。

铁路站场无线宽带接入的新选择

        铁路站场一般都设置在城市边缘且占地面积较大（见图1），这些区域5G公网覆盖率不佳、信号质量偏弱，整体网络性能较城区存在较大差距。通过5G公网共享的模式，很难满足铁路站场大容量和低时延的要求，且面临未知的数据安全风险。

        目前一些铁路站场仍在使用过去自建的Wi-Fi网络，甚至存在同一站场内的不同业务系统使用不同Wi-Fi系统的情况。Wi-Fi网络覆盖范围相对较小，多套Wi-Fi系统之间相互干扰，终端在不同热点间切换时需重新认证，易造成业务中断、流量掉沟等现象。而且Wi-Fi网络使用的是非授权频段，多套Wi-Fi系统接入管理不统一，安全管理机制较薄弱，容易遭到外部攻击和入侵。

        5G毫米波具有丰富的频谱资源，能够提供吉比特级的传输速率。这使得铁路站场中的大量高清视频、实时数据等能够快速准确地传输，大大提高了作业效率。5G毫米波的低时延特性能够满足站场业务对实时性的要求，在远程控制等操作中，低时延的通信能够确保指令的及时传达和响应，提高作业的运营效率和安全性。此外，5G毫米波还能提供高精度感知能力，提升站场整体安全态势感知能力。

        站场自建5G毫米波专网更符合铁路专网专用的安全要求和使用习惯，可极大提升站场无线宽带接入能力，必将成为铁路站场数字化转型升级的新趋势。

5G毫米波铁路站场专网解决方案

        打造站场专属的5G毫米波专网（见图2），可以灵活满足现场的各种大型设备的远程控制以及各类数据视频的实施回传，为站场各种智能化应用提供更好的无线宽带接入通道。专网方案针对站场的地形地貌和业务分布，通过专业化的网络规划，在站场内按需部署5G毫米波基站和边缘UPF，最终接入路局5G核心网。

核心网边缘UPF部署

        根据铁路5G专用移动通信系统总体技术要求，5G核心网由全路共用设备、路局核心网设备、边缘计算节点设备组成。路局核心网集中部署在路局核心机房内，采用双DC容灾方式部署。为减少5G毫米波基站承载的业务对铁路数据通信网的冲击，减少端到端业务时延，建议在站场内部署边缘UPF，实现数据本地分流。边缘UPF通过数据通信网与路局核心网控制面SMF对接N4接口，实现用户面承载。5G毫米波基站承载的业务流量，通过传输网络接入边缘UPF，边缘UPF通过本地传输链路直接对接站场机房内的应用服务器，减少对长途传输的带宽需求，实现数据完全不出站场。

专业化无线网络规划和部署

        站场现场的地形地貌普遍存在堆场区域信号不易穿透、不同区域覆盖高度落差大、无线传播路径单一等不利因素。中兴通讯提出在3GPP定义的室外传播LOS模型基础上，对站场场景的无线链路预算进行适度调整和优化，在保证终端与毫米波基站之间视距无遮挡条件下，基站覆盖达到1km时上行边缘速率仍可超过100Mbps。

        毫米波基站AAU可以利用站场内的大型灯杆进行部署，建议设备挂高为25~30m。站场内毫米波基站BBU，可通过传输网络就近接入所在路局核心网设备，实现毫米波终端的接入认证、会话建立、数据传输等业务流程。站场内部署的5G毫米波网络，采用SA only架构，独立组网。为了保证更好的业务体验，可以将毫米波网络的帧结构调整为1D3U，提供大上行网络能力。具体各逻辑小区的波束参数设置可以根据现场站点及终端的位置关系进行灵活调整和优化。

终端设备接入

        针对站场内的各种大型机械设备，如龙门吊和正面吊等，可以在其顶端外部部署毫米波CPE，各类业务终端通过以太网口与CPE连接，从而接入5G毫米波网络。对于一些位置比较分散的设备，可以先通过交换机进行汇聚，然后再连接CPE实现对外通信。毫米波波长较短，穿透、绕射能力较弱，遇到障碍物容易被阻挡，要达到最佳传输效果，需尽量保证毫米波CPE和毫米波AAU之间是视距可达。此外，还可以通过毫米波CPE转Wi-Fi的方式，进一步丰富业务接入方式，扩展覆盖范围。

网络演进与业务扩展

        站场面积较大，业务种类较多，可以采用总体规划、分步实施、按需接入、逐步完善的模式，逐步推进站场的数字化转型升级。第一阶段，完成重点作业区域的网络覆盖，优先接入高优先级业务，如龙门吊的远程控制、正面吊的箱号车号识别、智能理货等。第二阶段，实现站场室内外的全覆盖，将更多智能业务接入到5G毫米波网络，如地面机器狗巡视、无人集卡、低空无人机巡检等。如有语音集群业需求，考虑到网络和业务演进，后续可以接入5G-R网络。5G-R基站可根据站场情况进行预留，部分站点可以考虑与5G毫米波基站共站址，共同接入路局5G核心网，终端只需要在现有的5G手持台智能机上安装MCx应用，即可实现语音集群功能。

        借助5G毫米波专网的高速率、低时延等特性，铁路站场将实现更高程度的自动化和智能化，提升运营效率和安全性，降低作业人员的劳动强度，为铁路的货场和编组站带来前所未有的发展机遇。5G毫米波专网还将在车地间海量数据转储、铁路沿线基础设施监测等场景发挥巨大作用。

        中兴通讯愿为铁路行业更多的场景提供坚实的“数字底座”，为铁路行业未来数字化转型升级注入强劲的数字动能。