章建军：GSM-R向LTE-R演进路线浅析

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GSM—R作为全球铁路无线通信的主流技术，承担了铁路列车语音调度和列车控制数据承载的重要责任。但GSM—R无法满足大量铁路非安全数据业务需求，如视频监控、与高速数据相关的旅客服务、列车日志传送等，无线技术发展日新月异，被GSM—R作为基础技术的GSM已逐步从产品项峰向生命周期末期走下坡路，GSM—R从长远考虑必然向新技术演进。
1 GSM—R向LTE-R演进的原由
按照无线技术的演进线路从GSM到UMTS，再到LTE，短短几年时间就实现了产品的催熟，并开始更新换代。这种演进速度并不适合铁路稳定和长期的服务要求，GSM—R演进更应该是通过跨越式的演进路线来保障一代技术更长久地满足铁路通信服务。业界移动厂商的融合通信技术(Single RAN和Single Core技术)为这种演进方式铺平了道路，从GSM—R直接演进蛩JLTE—R成为目前业界的主流思路(见图1)。融合通信技术的实现将GSM—R和LTE—R看作一个通信平台上的不同软件特性应用，以达到演进过程中铁路业务的延续性。

GSM—R向LTE—R演进后给铁路运输带来的好处：

(1)LTE以更小的端到端传输时延，进一步缩短列控传输时延，提升列控安全性，支撑信号系统向ETCS3／CTCS一4级移动闭塞迈进。
(2)更大的数据传输速率，为旅客提供丰富的数据体验。
(3)代表未来的技术方向，可以获得业界主流厂商的支持，保证产品成熟度和产业链完善，保障了铁路通信的稳定发展和长期服务。
GSM—R与LTE—R的技术参数对比见表1。

2 GSM—R向LTE-R演进条件

铁路通信产品第一要求是安全可靠，方案成熟。因此LTE产品的成熟稳定是首要条件，只有经过运营商网络的规模商用技术才会被应用到铁路领域。按照无线技术发展历程， 2014年，LTE走向大规模商用，产业链成熟后，将是GSM—R向LTE—R演进的时机。
铁路通信系统另一特点体现在端到端产业链，因此打造一条成熟的产业链至关重要，特别是通信系统配套产品完善，如IP化调度台、车载台和手持台。
GSM—R向LTE—R演迸必然要有一个过渡阶段，需要依据铁路通信业务数据要求进行频率申请。GSM—R的4 MHz频率已无法满足铁路业务使用，欧洲已经申请7 MHz频率供GSM—R使用。如果过渡到LTE—R，最好分配5 MHZ以上频率给LTE—R使用，保障业务较Single RAN+Single Core
3 如何向LTE-R演进
GSM—R向LTE—R演进需要同时考虑网络与业务的演进，并保证演进的平滑过渡(见图2)。GSM—R与LTE—R长期共存被认为是一个必然阶段。

图2 GSM-R向LTE-R演进过渡示意图

(1)无线网络演进。多模基站的引入是GSM—R向LTE—R演进的必要条件，将LTE基站平台引入GSM为无线系统演进奠定了基础。现有机柜及配套设施可以利用。
为保证演进的平滑性，避免演进过程中对铁路业务影响，制定以下演进路线，最大限度保证铁路业务的延续性和安全性。
(2)核心网络演进(见图3)。现有软交换核心网络具备向IMS演进能力，可同时支持GSM—R和LTE—R的业务，以达到对铁路投资的保护，以及对铁路业务影响最小。

图3 GSM-R向LTE-R核心网演进过渡示意图

核心网的演进同时需要铁路通信相关配套产品的同步支持，如lP化调度台的实现。目前SIP调度台已成为国际众多铁路运营商的重要关心课题，目前SIP调度台的对接已经启动。
未来lMS核心网将是铁路业务的集大成者，统一平台，不同的系统被集成到一套平台上，系统功能完全由软件定义。例如：
HLR演进为统一用户数据中心。
GSM—R电路域核心网演进为AGCF和MGCF两个模块，承担接入GSM—R BSS系统和对外互连功能。
SGSN演进为同时支持G PRS分组数据管理模块(SGSN功能)和LTE分组数据管理模块(MME功能)。
GGSN演进为多类型接入网关系统，包括接ALTE—R基站(LTE—RGW)。
MGW演进可同时支持TDM和l P交换，同时接入GSM—R BSC和SIP调度台。
此外，核心网备份能力将在lP化网络下得到进一步增强，原有的MSC双归属和BSC Pool继续保证GSM—R网络容灾能力；SGSN Pool、GGSN Pool技术保证所有LTE相关网元在单点故障下不影响业务。
(3)业务演进(见图4)。GSM—R作为列调语音和列控承载将在很长一段时间内存在，LTE—R初期建议以承载非安全数据业务为主。理论分析LTE—R下的PTT技术和分组数据性能，无论在呼叫时延还是在数据传输速率上将会优于GSM—R，但终端是制约目前GSM—R向LTE—R演进的主要瓶颈。GSM-R/LTE-R多模终端是解决业务演进的关键因素，LTE-R的PTT技术和分组数据承载列控需要经过试验线充分验证。

图4 IMS核心网络业务演进示意图