GSM-R向5G-R代际演进拐点将至，铁路通信进入新时代

        以新一代信息技术与铁路深度融合为特征的智能铁路是铁路高质量发展的重要方向。铁路专用移动通信系统是智能铁路技术体系的重要组成部分，目前正处于从GSM-R到5G-R的代际演进阶段。随着5G-R测试频率批复，5G-R测试全面展开，标志着我国铁路专用移动通信迈向5G时代。

5G-R伴随铁路建设迎来高速发展期

        我国铁路建设水平位居世界前列，高铁营业里程增长迅速。根据国铁集团最新统计数据，截至2023年底，我国铁路营业里程达到15.9万公里，其中高铁里程达到4.5万公里。根据《新时代交通强国铁路先行规划纲要》，到2035年，全国铁路网运营里程达到20万公里，其中高铁7万公里，平均年新建里程3500公里，将形成20万人口以上城市实现铁路覆盖、50万人口以上城市高铁通达的交通强国铁路网。

        按照以往新标准会在新建铁路上大规模使用的惯例，5G-R通信专网将会伴随我国未来的铁路建设迎来一个快速发展阶段。我国从2015年开始系统推进5G-R标准项目。2020年，国铁集团先后发布《国铁集团关于加快推进5G技术铁路应用发展的实施意见》《铁路5G技术应用科技攻关三年行动计划》，并提出到2023年完成铁路5G专网关键技术攻关和主要专用设备研制，开展安全保障、出行服务等领域急需业务试验验证和试用考核，完成5G专网主要技术标准制定，为开展铁路5G专网建设和业务应用奠定基础。如今三年之期已到，5G-R将迎来快速发展期。

5G-R的发展优势

        作为铁路运输系统的神经中枢，铁路通信是确保铁路安全与效率的核心。自20世纪90年代引入GSM-R技术，铁路通信迈入了数字化时代，为铁路运输提供了坚实的通信保障。然而随着高速铁路的快速发展，以及物联网、大数据、云计算等前沿技术的广泛应用，GSM-R系统的局限性逐渐显现，其在数据传输速率、网络覆盖范围以及设备兼容性等方面均有不足，已无法满足现代铁路通信的需求。

        在这样的背景下，5G-R技术应运而生，它依托于5G技术的优势，包括高速数据传输、低延迟通信以及连接海量设备的能力，为铁路通信带来前所未有的变革。5G-R不仅能提供更加稳定和高效的通信服务，还能支持多样化的业务应用，如自动驾驶、远程控制和智能调度等，极大地提升铁路通信网络的性能，为铁路运输的智能化和自动化提供强有力的技术支撑。

        从技术成熟度角度看，中国在5G领域取得了令人瞩目的成就，产品成熟可靠。中国已建成全球最大的5G网络，截至2023年底，拥有337.7万个5G基站，发展了8.05亿5G用户，终端出货量超过8.1亿，模组价格更是降至百元级别。在行业应用领域，5G应用已经涵盖国民经济的71个大类，有超过2.9万个虚拟专网、240多个工业互联网平台，超过8900万台工业设备连接到5G网络。基于5G发展的深厚积累，中国具有推动铁路行业数字化转型的有利条件。5G将为铁路行业提供更快速、更可靠的无线通信系统，为铁路运营和管理提供更高效的解决方案，推动铁路行业的现代化和智能化发展。

        铁路通信网络从GSM-R向5G-R迈进，不仅是原有业务的升级，还将带来多媒体、视频通信等新业务的创新。从技术上看，5G-R在带宽、上下行速率、系统时延方面都比GSM-R更具优势，在安全性能方面也有巨大提升。基于5G技术，5G-R容量及可靠性可提升至GSM-R的20倍，可以实现列车、信号设备等各类智能设备的互联互通。5G-R属于宽带通信系统，基于IP交换技术，可带动调度技术升级，增强系统可靠性。5G-R支持网络切片、边缘计算等业务，可以为铁路关键业务提供服务质量保障，而5G-R的“5G”特性也将为铁路通信带来更多新场景新应用，打开铁路信息化新空间。

未来技术演进

        5G的三大愿景是eMBB（增强移动带宽）、mMTC（海量机器通信）、URLLC（超高可靠低时延）。当前5G已经实现了千兆体验、百亿连接的网络能力，未来将向5G-Advanced演进。5G-Advanced的目标是万兆体验、千亿连接，将带动5G三大愿景外延突破，从万兆体验、全域通感、千亿物联、确定性网络、内生智能、空天地一体六个方面，支撑互联网产业3D化、云化，万物互联智能化，通信感知一体化，智能制造柔性化等产业数字化升级的关键信息化技术，而这些技术，应用在铁路通信网，将带动5G-R智能化发展（见图1）。

毫米波

        针对高铁枢纽站这类对通信覆盖及容量要求高的热点区域，传统网络能力受限，而基于毫米波大带宽、低时延的特性，下行25Gbps或上行16Gbps的最强空口数据通道，可以显著提升此区域内的用户体验。

        同时铁路车地数据转储方面，毫米波技术也可以大放异彩。毫米波车地高速转储方案，为机车和地面数据中心之间搭建了一条超大带宽的数据传输通道，一改往日需要机车入库后人工上车转储的情况，为机车数据传输和智能运维提供支撑。方案在车站、车辆段利用毫米波基站，将车载数据超高速上传到地面数据中心，通过内部网络访问地面数据中心，视频数据分析员可以利用网络平台实现异地查看、下载、在线分析数据，极大提升视频回传时效，省工、省时。

RedCap终端

        轻量化RedCap（reduced capability）终端是指在确保应用需求和性能的前提下，通过减少部分带宽、收发天线数量、降低速率、调整调制方式、引入半双工模式等方式削减设备的能力，从而降低终端设备的复杂度，达到降低终端成本、功耗，延长使用寿命等目的，更利于5G网络大规模商业普及应用。

        在铁路沿线，基础设施的通信需求也颇为强烈。万物互联时代，增强铁路沿线的安全性就必须掌握基础设施的实时状态，比如铁路沿线电务、工务等专业基础设施设备。近几年，铁路沿线洪水、山体滑坡等自然灾害频发，为了监测灾害，铁路部门设置了很多监测物联网节点，这些监测节点连接数量大，视频回传对速率也有一定要求，5G RedCap恰好与这一应用场景不谋而合，可助力快速低成本实现全域监控。

通感一体基站

        为了保障高铁的安全运营，限制未经授权的人员或物进入高铁轨道区域非常重要，高铁安防要求高效的监控和防护措施。基于通感一体功能的无线基站打造电子围栏，可以用于实时监测列车轨道和限制未授权人员或物体，如无人机的非法进入。当前通感一体技术已在低空无人机及车路协同领域展开技术验证，商用落地也提上日程。

        随着人们出行需求的不断增加，铁路运输的重要性也日益凸显。从GSM-R到5G-R的演进，正是为了满足市场对更高效、更安全、更智能的铁路通信系统的需求。随着技术的不断进步和社会经济的发展，我们有理由相信，未来铁路通信系统将会更先进、更智能，为铁路运营带来更多的便利和安全保障。