智能联接助力智慧铁路系统建设——“十四五”铁路通信发展展望

姜永富

交通强国，铁路先行，是铁路服务社会主义现代化强国建设的战略支撑，是满足人民日益增长美好生活需要的现实要求，也是推动新时代铁路高质量发展的内在需要，顺应新一轮科技革命和产业变革的必然选择。2020 年8 月，国铁集团发布了《新时代交通强国铁路先行规划纲要》［1］，在“发展自主先进的技术装备技术体系”“提升基础设施装备技术水平”“以新型基础设施赋能智慧发展”等方面［2］，明确提出加强5G 通信网络、大数据、区块链、物联网等新型基础设施的建设和应用，丰富应用场景，延伸产业链条，统筹推进铁路新一代移动通信专网建设，构建泛在先进、安全、高效的现代铁路信息基础设施体系。以推进新一代信息技术与铁路深度融合、赋能赋智为牵引，打造现代智慧铁路系统。

《新时代交通强国铁路先行规划纲要》系统地展示了我国未来智慧铁路系统的总体架构，定位准确，目标清晰，我们必须抓住这一重大历史机遇，围绕铁路5G 技术、大数据中心建设，精心描绘新时代铁路通信发展蓝图，构建新时代智能铁路通信技术体系，充分发挥铁路通信网，特别是5G 网络的全覆盖、大带宽、高可靠和低时延的技术优势，贴近业务、用户和应用，打造人、物与数据之间的智能联接平台，赋能智慧铁路系统建设。

1 高铁发展促进铁路通信技术持续进步

铁路通信是铁路信息化、数字化、现代化、智能化的重要基础设施和关键载体，在保障行车安全、服务经营管理、提高运输效率等方面发挥着不可替代的作用。在我国高铁技术发展的十余年历程中，铁路通信技术发展取得显著成绩。

1） 建立了第二代数字化专用移动通信技术（GSM-R） 体系。2003 年，中国铁路在工业和信息化部的支持下，取得了高铁发展必需的铁路移动专网专用频率资源，实现了铁路无线通信由传统的模拟无线技术向新型数字移动通信技术的跨越式发展，成功运用于高铁列车运行控制、自动驾驶、重载组合列车机车同步操控等技术领域，创新实现了行车命令信息上车，传统的行车调度指挥由语音通信向数据通信转变，提高了行车指挥效率，优化了司机作业流程。GSM-R 移动通信技术的广泛应用，使铁路运输“人与人”“物与物”的联接走向数字时代。

2） 配套完善了我国铁路通信专网架构。“十二五”和“十三五”期间持续推进铁路通信网技术改造，在铁通公司划转网络的基础上，改造和新建了六大骨干传输网、骨干数据通信网、骨干时钟网和铁路外部服务数据通信网骨干网，网络规模通达国铁集团和18 个铁路局集团公司；铁路局集团公司区域传输网和数据网建设全面推进。GSM-R 成为铁路新线标准配置，既有线路持续推进技术改造，移动通信系统的建设和应用呈现规模效应。

3）高铁的发展拉动通信技术整体提升。列车指挥调度通信实现了固、移融合应用，视频监控网络覆盖全部高铁线路和沿途客站，新型车载通信设备集成了列车调度通信、调度指挥信息传送、防护报警等行车通信功能。高铁和干线铁路光缆径路安全显著提升，纤芯容量瓶颈问题得到彻底解决。总体上，铁路通信在技术层面上实现了质的飞跃，网络规模“更大、更快、更宽”，整体装备技术达到国际铁路领域先进水平。

2 以5G 技术在铁路中的应用推动铁路通信技术发展

2.1 铁路5G 专网关键技术攻关

加快铁路5G 专网技术科技攻关，全面掌握5G核心和关键技术。结合铁路应用需求和特点，合作研发铁路5G 专网设备，建立架构完整、具有自主能力的铁路5G 专网技术体系，包括技术标准体系、技术装备体系、工程建设体系和智能运维体系。力争在2023 年底前完成5G 专网核心网、无线网、移动终端以及配套天线、车载模块、物联模组、SIM/eSIM 卡、MCx 业务系统、安全管控、传输加密、边缘计算、网络切片等关键技术的研究和技术装备的研发和试验，为2024 年起实施规模建设创造条件［3］。

2.2 铁路5G 专网频率攻关

铁路相关部门配合国家5G 专网频率资源主管部门完成专网用频规划方案和频率兼容协调工作，为铁路5G 专网建设和应用争取发展空间，创造良好的电磁环境。系统地研究推进列尾装置、无线防护报警等相关系统的业务迁移方案和频率腾退方案，制定各类无线电业务使用频率腾退路线图和时间节点，稳步推进既有业务向5G 专网迁移，实现铁路专用无线电频率资源的科学配置。充分利用铁路既有400MHz 无线电频率资源，研究次要线路无线列调数字化技术和5G 专网区段无线调度通信灾备技术。

2.3 增强智能联接能力

1）通过聚焦关键业务和应用，增强智能联接能力。

一是加强无线组网技术研究，重点解决交汇、交越、并线地段和枢纽站场、大型客站室内、长大隧道、长大桥梁等特殊地段无线网络覆盖和运用问题。定制研发满足铁路专网安全性和可靠性要求的无线网设备，关键设备实现双套化和整机冗余。适应铁路不同环境、不同场景5G 专网建设需要，研发适用于室内、室外、隧道、站场等不同场景下的系列基站设备，构建谱系化的专网产品。优化区间通信机房建设，部署一体化基站设备，降低5G 专网建设综合成本。

二是研发部署基于5G 专网和北斗技术的新一代车载移动通信综合接入平台，集中安排既有机车综合无线通信设备（CIR）技术改造，面向移动装备“车地联接、物物联接、数数联接”提供5G公、专网融合接入平台［4］。面向实际应用，建设覆盖干线铁路、客货站场和机务、动车、车辆、工务、大机段等主要生产站段的5G 专网，为运输生产、安全管理实现信息化应用，提供丰富的联接带宽和接入能力，打造智能联接平台。

三是推进毫米波无线接入技术与5G 专网的融合应用，重点解决机务段、动车段等热点地区的超大带宽数据业务应用需求。协调落实铁路应用毫米波技术的频谱资源配置方案，增强对各专业5G 专网应用的通信服务保障能力。

四是推进5G 专网智能应用、终端接入、安全管控和物联网应用技术的研究，为相关专业部署智能应用、提升基础设施和外部环境状态感知能力、实现泛在接入提供技术支撑。

2） 统筹5G 专网建设和铁路主数据中心等业务需要，系统提升铁路承载网、业务网、监测网和配套维护系统的智能联接能力。

一是系统研究铁路通信光缆、传输网扩容补强方案，推进铁路承载网技术升级［4］。按照“技术标准化、产品主流化、承载综合化”等原则，充分比选5G 专网SPN、IP-RAN 等接入承载技术，在充分试验验证的基础上，选用最适用于铁路专网的技术，增强承载网接入层的综合承载能力。研究构建第二平面骨干传输网，提升骨干通信网能力。适应技术发展趋势和铁路通信应用更大带宽、更小颗粒等多样化特定需求，打造铁路通信承载网全光网络。面向终端用户实际需要，完善“最后一公里”光接入系统建设，加快推进“光纤进班组、光终端到桌面”，实现“网络全光传输、业务全光接入、终端全光应用”。跟踪通信全光交换技术的演进，推进铁路承载网软件定义网络（SDN）、应用交付网络（ADN）的技术应用，增强网络智能运行调度、智能感知管理、灵活高效运用的能力，实现网络运行和业务运用可视、可管、可控，统一承载，平滑演进。

二是充分运用云计算、大数据、人工智能等先进技术，推进综合视频、应急通信、视频会议等业务系统技术升级；推进网络管理技术、网络监测检测技术的持续进步；推进IPv6 技术应用和调度通信等业务系统的IP 化，采用“平台+接入”方式和“一局一中心”原则，构建新型可视化智能多媒体调度通信平台，简化网络架构，实现基于地理信息系统（GIS）的语音调度、视频监视、应急通信为一体的智能融合应用。完善应急通信保障技术，试点高通量国产宽带卫星应急通信技术，构建空天地一体的新型铁路专用应急通信技术体系。

三是整合各类网络管理、监测检测系统的计算资源和存储资源，构建基于云技术的铁路通信综合网络管理系统平台（网管云）［5］和铁路通信综合检测监测系统平台（监测云），优化资源配置，提高资源利用率，降低系统能耗，深化各类数据共享应用。

四是夯实智能铁路通信的关键“底座”。增强传统蓄电池在线监测、在线均衡、在线活化等新技术应用，淘汰高耗低效电源设备；积极采用绿色、节能、低碳环保的电源技术，结合5G 专网建设，发展新型锂电电池和新型智能电源设备，提升电源综合使用效能；推进通信铁塔及构件的标准化和简统化，增强铁塔和主要关键构件的状态感知能力，推广新型单元组合式通信铁塔的应用，为“数字铁塔”应用创造条件。

3 完善通信全程全网运维管理体系

1）坚持通信网全程全网集中统一管理。依托北京铁路通信技术中心、各铁路局通信网管中心，建立与铁路通信网运维管理体制相适应的通信网运维管理体系。建立国铁集团通信网全网运行安全管控中心和铁路局集团公司区域通信网运行管控中心，按照“网络智能运行、资源智能管理、系统智能维护、业务智能应用”的目标，增强全路通信网运行状态感知、资源灵活配置和调度的能力。

2）加强通信网网络安全管理体系建设，建立国铁集团、铁路局集团公司二级通信网网络安全管理中心，分级、分层管理通信网络安全设备，增强通信网抵御网络安全风险的能力；落实网络安全等级保护要求；强化网络管理人才队伍建设，建立网络工程师、安全主管、系统管理员、审计管理员等通信网运行管理、网络安全管理岗位工作制；完善网络安全管理体系［6-7］。

3）系统开展铁路通信网运维支撑技术、通信网网络安全管理技术的研究和应用，把握需求导向，掌握关键技术，增强自主研发和创新能力。围绕状态修方向，深化在线接口和业务监测、无线电干扰监测、无线电干扰防护、无线网动态检测、综合大数据分析等维护技术和网络优化工具的研究和融合应用，健全完善网络综合检测技术体系和配套检测工装体系，按照“经济、适用、合理”的原则，科学配置检修检测工装器具。研究建立与铁路实际业务相适配的5G 专网服务质量评价体系。

4） 建立国铁集团5G 专网联合试验环境，充分调动科研院所和生产企业、合作伙伴投身铁路5G 专网技术研究的积极性，依托东郊环行试验基地和相关单位实验室环境，构建与铁路5G 专网技术架构、软硬件版本一致的仿真试验环境。依托仿真试验环境，全面支撑专网运行、维护和产品入网测试验证。

5） 加快5G 技术铁路人才队伍建设。发挥国铁集团科技攻关课题引领作用，鼓励铁路局集团公司专业技术人员参与国铁集团相关课题研究，掌握5G 关键技术，同时将过去积累的经验融入到新的技术标准和装备研发当中。结合工程项目，有针对性地培养5G 专网运维管理人才，补强运维技术短板；鼓励各铁路局集团公司、各个设计院加强与相关企业、大专院校的技术合作，重点在铁路5G 技术和应用研究方面建立人才合作、联合培养的工作机制，力争在全网建设前储备一批高素质、具有实战能力的运维保障力量。

4 结束语

展望未来，机遇难得，难点多，挑战大。立足当前先进成熟的通信技术，加快推进我国铁路通信特别是专用移动通信的技术进步，具备良好的内外部条件。铁路通信部门必须抓住新时代铁路快速发展的有利时机，准确把握铁路应用需求，创新推进铁路通信技术应用，提升铁路通信智能联接能力，更好地助力智慧铁路系统建设和发展。