随着无线通信技术的不断发展，我国无线电主管部门不断出台政策，加速5G技术与铁路的融合。作为新一代铁路移动通信系统，5G-R是铁路信息化、数字化、智能化的重要基础设施和关键技术装备，在支撑铁路运营、保障行车安全、提高运输效率、提升维护水平等方面发挥着重要作用。
为什么5G-R这么牛？今天我们就来具体聊一聊。
5G-R的完整英文名称是5G-Railway，其中"Railway"就是铁路的意思。在官方文件中，5G-R被定义为“基于5G技术的新一代铁路移动通信系统”。简而言之，5G-R是专门为铁路运输领域设计的5G技术。
5G-R是一个专用网络通信系统，它属于铁路的专属5G网络，旨在满足铁路通信的运营和管理需求，仅供铁路内部使用。相比之下，乘客上网通常连接的是的公共网络通信系统。这两个系统是完全独立且隔离的，它们的终端设备也不能互换使用。
正因如此，5G-R需要单独申请频谱资源，并进行专门的网络建设。工业和信息化部向中国国家铁路集团有限公司批复了基于5G技术的铁路新一代移动通信系统（5G-R）试验频率，支持其开展5G-R系统外场技术试验，持续推动铁路通信事业高质量发展。试验频率一经批复，便引起了业内外广泛关注。5G-R的工作频段设定为2100MHz。具体频段分配为：上行频段1965~1975MHz，下行频段2155~2165MHz，每个频段均为10MHz带宽，采用的是FDD（Frequency Division Duplex）技术。
铁路运输是移动通信技术应用的重要领域，对无线通信技术有着迫切的需求。无论是高速列车还是普通列车，无论是客运还是货运，铁路车辆都需要与车站保持实时联系，这是确保铁路安全运行的基础。
由于铁路专用无线通信的应用场景有很多，我们主要列举以下几种。
（1）正线的车地通信
铁路线路需要全面覆盖信号，这是典型的广域覆盖需求。在列车运行过程中，主要涉及的通信系统和业务包括：列车控制系统、重载列车的同步控制与调度通信、列车进路预告、调度命令等。
这些系统和业务对列车的正常运行至关重要，对通信的安全性和可靠性要求极高，属于高可靠低时延通信场景。由于列车高速运行，尤其是高速列车，通信系统需要能够适应高速移动，即使在350km/h的速度下也应保持通信能力。尽管人们可能认为铁路专网需要极低的时延，但实际上，如列车控制系统，铁路规范要求的时延仅为150ms，这是可以实现的。
（2）铁路站场和枢纽通信
铁路客运站、货运站、机务段、车辆段、动车所等区域，通信需求较为集中，属于热点覆盖区域。主要业务包括：平面调车、调车监控、编组站自动化、客站服务、车载数据下载、站场物联网、站场维护等。这些区域人员、车辆和设备较多，对通信带宽和容量有一定要求，属于增强移动宽带场景。
（3）铁路沿线基础设施通信
除了列车，铁路沿线的基础设施也有通信需求。例如，铁路沿线的电务、工务等专业基础设施设备（桥梁、隧道、接触网、铁塔等，目前重要的线路信号设备主要还是使用有线通信）。
近年来，铁路沿线自然灾害如洪水、山体滑坡频发。为了监测这些灾害，铁路部门安装了许多监测物联网节点，这些节点也有通信需求。虽然这些监测节点数量众多，但带宽需求较小，属于海量机器通信场景。
（4）车辆内部通信
主要涉及高速客运车辆，业务包括：列车定位、自动驾驶、移动设备状态检测、智能诊断等。列车内外的监测系统较多，如6A（机车车载安全防护系统，包括制动系统、防火、高压绝缘、列车供电、走行部、视频）和6C（供电安全检测监测系统）。这些系统是了解列车运行状态的重要工具。
以上咱们主要列举了4条，其他铁路通信应用场景还包括：事故救援（话音和多媒体集群）、移动运维（数据、话音和多媒体集群）、基于位置的服务（LBS，如人员定位和列车定位等）以及高铁Wi-Fi。
GSM-R是一种专为铁路通信设计的移动通信系统，它基于2G的GSM技术。GSM-R主要用于铁路运输中的语音和数据通信，以确保列车运行的安全和效率。它支持列车与控制中心之间的通信，包括列车调度、紧急通信和列车运行状态的实时更新。
GSM-R网络能够提供稳定的通信服务，即使在高速移动的列车上也能保持连接，这对于铁路运输的安全至关重要。此外，GSM-R还支持一些特定的铁路通信功能，比如列车控制系统的数据传输。
在中国铁路的频段为上行885-889MHz，下行方向为930-934MHz。GSM-R系统包括网络子系统（NSS）、基站子系统（BSS）、运行和业务支撑子系统（OSS/BSS）和终端设备等四个部分。其中，网络子系统包括移动交换子系统（SSS）、移动智能网（IN）子系统和通用分组无线业务（GPRS）子系统。
GSM-R系统采用主从同步方式，TMSC、MSC、HLR、SCP等设备应就近从BITS设备中获取定时信号，MSC至BSS间的G数字链路应兼作同步链路使用，BSS从MSC获取同步时钟信号，也可从就近的BITS设备或SDH设备提取同步时钟信号。GSM-R传输系统指的是为GSM-R系统各子系统之间的连接提供通道的数字传输系统，包括GSM-R系统为提供基本服务所必需的传输配套单元，如传输光、电缆和传输设备，但不包括直放站远端机和近端机之间的连接通道，也不包括天馈线等连接。
5G-R之所以更受关注，是因为它代表了当今通信技术的飞跃。如今，基于2G技术的GSM-R标准已无法满足铁路现代化的需求。
GSM-R主要服务于语音通信，频率效率不高，其窄带数据传输速率最高仅100多KB，无法满足铁路数字化转型后的高带宽通信需求。几年前，国内曾考虑采用LTE-R（4G）技术来构建铁路无线专网，但经过一段时间的测试，并未广泛投入使用。
现在看来，国家有意直接跳过LTE-R阶段，直接采用5G-R。5G-R建立在5G技术之上，具有超大带宽、超低延迟和大量连接的特性，其网络性能远超GSM-R。一是5G-R具有超大带宽。5G-R基于5G技术，具备超大带宽的特点，能够承载铁路数字化改造后的通信大带宽需求。二是5G-R具有超低时延。5G-R的超低时延特性对于保障铁路行车安全至关重要，可以支持列车控制、指挥调度等关键业务的实时通信。三是5G-R具有海量连接特性。5G-R支持海量连接，能够满足铁路沿线众多设备和系统的通信需求。同时，5G-R具有网络切片与边缘计算能力。5G-R支持网络切片和边缘计算等业务，可以为铁路关键业务提供服务质量保障，提高铁路运行的安全性和效率。
有了5G-R，铁路可以做更多的事情。例如，5G-R系统可以承载未来铁路特别是高速铁路列车控制等核心业务，确保列车运行的安全和顺畅。5G-R还支持铁路内部的指挥调度通信优化，5G-R支持铁路指挥调度通信，实现列车与调度中心之间的实时通信和信息共享，实时调度指挥系统能够根据列车运行状况和交通流量，智能调整列车运行计划，优化运输能力。同时，5G-R还能实现物联网与视频监控，高清视频监控的实时传输使车站和列车的监控更为严密，随着物联网和视频监控等业务需求的增加，5G-R能够提供稳定的通信支持，满足铁路信息化、数字化、智能化的需求。
除了上述特点外，5G-R还具备高可靠性、高安全性等优点。在铁路运营中，通信系统的可靠性至关重要。一旦通信系统出现故障，可能导致出现列车控制失效、乘客信息混乱等严重后果。5G-R通过引入多重冗余设计、故障自动恢复等技术，确保了通信系统的稳定性和可靠性。5G-R还采用了先进的加密技术和安全防护措施，确保通信数据的机密性、完整性和真实性，为铁路运营提供了坚实的安全保障。
在铁路新一代移动通信系统建设过程中，将存在较长时间GSM-R和5G-R网络共存。由于GSM-R基于电路域和5G-R基于分组域的业务流程和具体信令不同，需在5G-R系统侧设置TDM接口网关，支持双网络之间的信令互通。GSM-R向5G-R调度通信平滑过渡组网技术直接影响双网络共存期间调度通信业务互联互通的稳定性和可靠性，因此，过渡阶段组网技术研究对铁路调度通信系统演进具有重要意义。
考虑到现有的GSM-R系统是正在使用的设备，并且已经为铁路调度通信服务了很长时间，其运维管理相对复杂，因此应当尽量减少对现有系统的改动。
在新一代铁路移动通信系统中，列车调度通信将主要通过5G-R和MDS（铁路多媒体调度通信系统）的结合来实现。5G-R网络负责支持移动用户的调度通信，而MDS系统则服务于列车调度员和车站值班员的调度通信，因此将采取5G-R和MDS同时部署的方式来承载这些通信业务。
在系统改造期间，可能会出现同一铁路线路上不同调度区间覆盖的网络技术不同的情况，因此终端设备需要设计成多模式，能够接入GSM-R和5G-R网络。
在考虑系统改造时，应考虑到过渡期的建设成本，保护铁路的投资，同时尽量减少对铁路正常运营活动的干扰，尽量沿用现有的运维管理机制，以降低工程实施的难度。
5G-R和公共5G网络在工作原理上大体相同，特别是在无线通信接口方面，它们几乎是一样的。5G-R的独特之处主要在于它的业务类型、网络构建方式和性能需求。如前所述，铁路行业有其特定的业务需求。在网络构建方面，5G-R是沿着铁路线进行布设的，无线接入网络通常采用链状结构。而在核心网络层面，5G-R需要根据铁路部门的生产和组织模式进行定制化的网络调整。
预计到2030年，5G-R将实现对GSM-R的替代，成为铁路无线通信系统的主流技术。随着5G-R网络的部署和应用场景的拓展，铁路行业将迎来更加智能化、高效化的新时代。
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(部分内容来源：星恒讯官网、人民邮电报 等)
