5G-A毫米波，铁路数字化转型新引擎

        2023年，国铁集团在《数字铁路规划》中制定明确目标：“到2027年，铁路数字化水平大幅提升，重点领域实现智能化，基本形成纵向贯通各层级业务场景，横向联通各专业系统的推进格局，数字铁路建设取得重要进展。”构建数字铁路，首当其冲需要提升铁路数字基础设施能力，补强数字网络基础设施。

        当前铁路正在推进的5G-R系统，主要承载高速铁路列车控制、指挥调度通信等铁路核心业务，是保障铁路行车安全、顺畅的关键基础设施。然而5G-R系统容量有限，重点承载铁路沿线的行车类高优先级的语音和数据业务。《数字铁路规划》所描绘的应用场景广泛而深入，全面覆盖铁路业务的各运营环节，5G-R无法满足铁路全域的专网应用需求。以车地间的海量数据转储和基于数字孪生的智能整备为代表的大数据量业务，需要容量更大、频谱资源更丰富的基础网络作为载体。5G-A毫米波技术凭借其独特的优势，有望成为铁路专网的又一重要技术选项。

毫米波实现车地海量数据转储

        铁路机车的设备监控与数据记录工作，对于保障列车运行的安全性和提升整体运输效率具有举足轻重的作用。通过部署远程监测与诊断系统（CMD）、列车运行监测管理系统（LMD）以及晃车监控系统等一系列先进的监控手段，机务段工作人员可以收集并分析机车运行的各项实时数据，以便及时发现并解决潜在的安全隐患，确保列车的安全、稳定运行。

        机车上的多个系统在日常运营中会生成海量数据，这些数据的转储是铁路数字化转型中要考虑的关键问题之一。以机车6A视频文件为例，每台关键摄像头每小时产生约1GB数据，这意味着一台机车在一天内就可能累积约24GB数据。对于连续运行数日的机车而言，其数据量更是高达数百GB之巨。Wi-Fi传输速率相对较低且无法实现跨站传输。当前，这些数据的转储工作主要依赖于机务段工作人员的手动拷贝，这一过程不仅费时费力，而且极易出错，增加了潜在的安全风险。

        为了应对这些挑战，可以在机车和轨道沿线部署先进的车地无线设备，借助5G-A毫米波的超大带宽特性，构建一个高效稳定的无线车地通信系统。特别是，可以充分利用机车在大型车站和机务段停留的宝贵时间窗，通过无线传输方式，实现车载设备数据的快速转储。

        为此，中兴通讯打造了一套面向路局级的整体解决方案，该方案涵盖了轻量化5G专属核心网、系列化无线产品矩阵、专用毫米波车载终端、跨产品融合的网络管理系统以及业务导向的运维管理平台，满足网络及业务端到端的统一管理需求。车内多个系统数据汇聚后，统一接入毫米波车载终端进行回传。鉴于车载设备数据传输横跨车站、机务段等多个地域，网络建设规划需灵活应对，提前规划毫米波基站的部署位置，保证车载终端与基站之间没有明显遮挡。针对机车停留的关键地点，可以对现场环境进行3D数字地图建模和信道模型SLA仿真，以确保网络覆盖效果和容量最优化。此外，考虑到铁路业务以上行为主的业务特点，可以将系统帧结构调整为1D3U，将更多的资源分配给上行链路，使得上行吞吐量得到数倍提升。车内设备数据经过毫米波基站回传至专属核心网后，可以直接分流至业务分析系统进行处理。这一创新方案为车地间海量数据的迅速转储提供了高效的解决途径。

        相较于传统Wi-Fi，毫米波技术在传输速率上具有显著优势，能够更快速地完成大数据量的传输，如50GB的设备数据仅需5分钟即可完成传输。此外，毫米波采用专用网络频段，这极大减少了外部干扰的可能性，所有数据均在路局内部流转，确保了数据的传输安全。多路数据融合的无接触传输，能将机车上多个系统的数据进行高效聚合，并通过机车顶部的毫米波车载终端进行统一回传。这一创新技术不仅支持在多个地点进行分段无线传输，还极大地节省了时间和人力，为机车数据传输带来了前所未有的便捷性。

毫米波打造铁路数字空间

        在传统的机车整备车间中，机车数量众多且作业流程错综复杂，操作人员需执行一系列繁琐的任务，包括监测机车部件状态、调试各项性能参数等，这些工作高度依赖于人工经验，导致整备周期长、效率低下。鉴于此，将整备车间进行数字孪生构建，实现对车间内业务的实时动态监控与深入数据分析，提升整备作业效率，无疑是铁路行业迈向未来数字化的重要趋势。

        在构建数字化整备车间时，数字孪生系统需实时同步车间各项数据，确保虚实一致。这要求无线网络支持高速数据传输与即时反馈，使虚拟操作能即时影响物理实体。鉴于机务段整备车间用户少、应用范围有限，中兴通讯提供车间级5G极简专网方案，无需专用核心网，以NodeEngine算力基站和毫米波室内产品Micell为核心，实现现场业务与数字孪生平台的实时反馈。

        NodeEngine还能作为轻量化云基础，低成本为数字孪生平台提供计算资源与运行环境，加速现场应用的搭建、部署与能力开放。机务段整备车间实体环境如图1所示。

        在传输复杂的3D模型数据及海量的设备实时运行数据时，毫米波凭借其卓越的低时延特性，确保了数字孪生平台在控制与操作时流畅无阻，避免了卡顿或延迟现象的发生，不仅有效防止了操作失误，更确保了虚拟世界与物理世界的无缝对接与高度一致。

        毫米波技术与数字孪生相结合，能够实时获取整备车间的数据动态，并将其以高精度的三维模型形式反馈至数字孪生平台。这一创新手段赋予了操作人员前所未有的视觉洞察力，使他们能够轻松洞察机车的内部结构及其部件间的复杂关联，进而精确识别潜在故障点与维修需求，极大地提升了整备作业的效率。

5G毫米波带来更多可能

        2024年11月，工业和信息化部携手其他十一部门共同推出《5G规模化应用“扬帆”行动升级方案》，明确提出“推动5G专用网络的建设，并探索5G毫米波技术在制造业、铁路、采矿业以及国防工业等关键领域的创新应用”。在这份蓝图中，5G毫米波技术被赋予了推动行业革新、引领数字化转型的新使命。随着5G毫米波技术和产业链的日益成熟，其吉比特级上行传输速率和毫秒级网络延迟的商用能力，为铁路数字化转型升级奠定坚实的技术基础。

        在铁路行业，5G毫米波技术的应用前景极为广阔，它不仅能显著提升机车数据传输效率与安全性，还将在智能运维、自动化巡检等关键领域展现出巨大的潜力，推动铁路行业向着更加智能、高效、安全的未来迈进。