章建軍：GSM-R向LTE-R演進(jìn)路線淺析

時間：2014-09-23　來源：華為技術(shù)有限公司　作者：章建軍　點(diǎn)擊：次

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GSM—R作為全球鐵路無線通信的主流技術(shù)，承擔(dān)了鐵路列車語音調(diào)度和列車控制數(shù)據(jù)承載的重要責(zé)任。但GSM—R無法滿足大量鐵路非安全數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，如視頻監(jiān)控、與高速數(shù)據(jù)相關(guān)的旅客服務(wù)、列車日志傳送等，無線技術(shù)發(fā)展日新月異，被GSM—R作為基礎(chǔ)技術(shù)的GSM已逐步從產(chǎn)品項峰向生命周期末期走下坡路，GSM—R從長遠(yuǎn)考慮必然向新技術(shù)演進(jìn)。
1 GSM—R向LTE-R演進(jìn)的原由
按照無線技術(shù)的演進(jìn)線路從GSM到UMTS，再到LTE，短短幾年時間就實現(xiàn)了產(chǎn)品的催熟，并開始更新?lián)Q代。這種演進(jìn)速度并不適合鐵路穩(wěn)定和長期的服務(wù)要求，GSM—R演進(jìn)更應(yīng)該是通過跨越式的演進(jìn)路線來保障一代技術(shù)更長久地滿足鐵路通信服務(wù)。業(yè)界移動廠商的融合通信技術(shù)(Single RAN和Single Core技術(shù))為這種演進(jìn)方式鋪平了道路，從GSM—R直接演進(jìn)蛩JLTE—R成為目前業(yè)界的主流思路(見圖1)。融合通信技術(shù)的實現(xiàn)將GSM—R和LTE—R看作一個通信平臺上的不同軟件特性應(yīng)用，以達(dá)到演進(jìn)過程中鐵路業(yè)務(wù)的延續(xù)性。

GSM—R向LTE—R演進(jìn)

GSM—R向LTE—R演進(jìn)后給鐵路運(yùn)輸帶來的好處：

(1)LTE以更小的端到端傳輸時延，進(jìn)一步縮短列控傳輸時延，提升列控安全性，支撐信號系統(tǒng)向ETCS3／CTCS一4級移動閉塞邁進(jìn)。
(2)更大的數(shù)據(jù)傳輸速率，為旅客提供豐富的數(shù)據(jù)體驗。
(3)代表未來的技術(shù)方向，可以獲得業(yè)界主流廠商的支持，保證產(chǎn)品成熟度和產(chǎn)業(yè)鏈完善，保障了鐵路通信的穩(wěn)定發(fā)展和長期服務(wù)。
GSM—R與LTE—R的技術(shù)參數(shù)對比見表1。

GSM—R與LTE—R的技術(shù)參數(shù)

2 GSM—R向LTE-R演進(jìn)條件

鐵路通信產(chǎn)品第一要求是安全可靠，方案成熟。因此LTE產(chǎn)品的成熟穩(wěn)定是首要條件，只有經(jīng)過運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模商用技術(shù)才會被應(yīng)用到鐵路領(lǐng)域。按照無線技術(shù)發(fā)展歷程， 2014年，LTE走向大規(guī)模商用，產(chǎn)業(yè)鏈成熟后，將是GSM—R向LTE—R演進(jìn)的時機(jī)。
鐵路通信系統(tǒng)另一特點(diǎn)體現(xiàn)在端到端產(chǎn)業(yè)鏈，因此打造一條成熟的產(chǎn)業(yè)鏈至關(guān)重要，特別是通信系統(tǒng)配套產(chǎn)品完善，如IP化調(diào)度臺、車載臺和手持臺。
GSM—R向LTE—R演迸必然要有一個過渡階段，需要依據(jù)鐵路通信業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)要求進(jìn)行頻率申請。GSM—R的4 MHz頻率已無法滿足鐵路業(yè)務(wù)使用，歐洲已經(jīng)申請7 MHz頻率供GSM—R使用。如果過渡到LTE—R，最好分配5 MHZ以上頻率給LTE—R使用，保障業(yè)務(wù)較Single RAN+Single Core
3 如何向LTE-R演進(jìn)
GSM—R向LTE—R演進(jìn)需要同時考慮網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)的演進(jìn)，并保證演進(jìn)的平滑過渡(見圖2)。GSM—R與LTE—R長期共存被認(rèn)為是一個必然階段。

圖2 GSM-R向LTE-R演進(jìn)過渡示意圖

(1)無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。多�；镜囊胧荊SM—R向LTE—R演進(jìn)的必要條件，將LTE基站平臺引入GSM為無線系統(tǒng)演進(jìn)奠定了基礎(chǔ)�，F(xiàn)有機(jī)柜及配套設(shè)施可以利用。
為保證演進(jìn)的平滑性，避免演進(jìn)過程中對鐵路業(yè)務(wù)影響，制定以下演進(jìn)路線，最大限度保證鐵路業(yè)務(wù)的延續(xù)性和安全性。
(2)核心網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)(見圖3)�，F(xiàn)有軟交換核心網(wǎng)絡(luò)具備向IMS演進(jìn)能力，可同時支持GSM—R和LTE—R的業(yè)務(wù)，以達(dá)到對鐵路投資的保護(hù)，以及對鐵路業(yè)務(wù)影響最小。

GSM-R向LTE-R核心網(wǎng)演進(jìn)過渡示意圖

圖3 GSM-R向LTE-R核心網(wǎng)演進(jìn)過渡示意圖

核心網(wǎng)的演進(jìn)同時需要鐵路通信相關(guān)配套產(chǎn)品的同步支持，如lP化調(diào)度臺的實現(xiàn)。目前SIP調(diào)度臺已成為國際眾多鐵路運(yùn)營商的重要關(guān)心課題，目前SIP調(diào)度臺的對接已經(jīng)啟動。
未來lMS核心網(wǎng)將是鐵路業(yè)務(wù)的集大成者，統(tǒng)一平臺，不同的系統(tǒng)被集成到一套平臺上，系統(tǒng)功能完全由軟件定義。例如：
HLR演進(jìn)為統(tǒng)一用戶數(shù)據(jù)中心。
GSM—R電路域核心網(wǎng)演進(jìn)為AGCF和MGCF兩個模塊，承擔(dān)接入GSM—R BSS系統(tǒng)和對外互連功能。
SGSN演進(jìn)為同時支持G PRS分組數(shù)據(jù)管理模塊(SGSN功能)和LTE分組數(shù)據(jù)管理模塊(MME功能)。
GGSN演進(jìn)為多類型接入網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，包括接ALTE—R基站(LTE—RGW)。
MGW演進(jìn)可同時支持TDM和l P交換，同時接入GSM—R BSC和SIP調(diào)度臺。
此外，核心網(wǎng)備份能力將在lP化網(wǎng)絡(luò)下得到進(jìn)一步增強(qiáng)，原有的MSC雙歸屬和BSC Pool繼續(xù)保證GSM—R網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)能力；SGSN Pool、GGSN Pool技術(shù)保證所有LTE相關(guān)網(wǎng)元在單點(diǎn)故障下不影響業(yè)務(wù)。
(3)業(yè)務(wù)演進(jìn)(見圖4)。GSM—R作為列調(diào)語音和列控承載將在很長一段時間內(nèi)存在，LTE—R初期建議以承載非安全數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主。理論分析LTE—R下的PTT技術(shù)和分組數(shù)據(jù)性能，無論在呼叫時延還是在數(shù)據(jù)傳輸速率上將會優(yōu)于GSM—R，但終端是制約目前GSM—R向LTE—R演進(jìn)的主要瓶頸。GSM-R/LTE-R多模終端是解決業(yè)務(wù)演進(jìn)的關(guān)鍵因素，LTE-R的PTT技術(shù)和分組數(shù)據(jù)承載列控需要經(jīng)過試驗線充分驗證。

IMS核心網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)演進(jìn)示意圖