韩国铁路通信已经用上4G，中国用LTE-R需克服“惯性”

2017-04-24 16:22

文/东方亦落
近日，三星与电信运营商SK Telecom及釜山运输公司联合开发的4G LTE-R进入正式运行中。这是韩国首个4G铁路无线管理系统，铁路运营商在LTE-R（宽带数字移动通信系统）的基础上使用“多媒体群组通话/短信服务”，从而加强车站工作人员、工程师及控制中心的一对一语音通话服务。此外，在事故发生之时，可通过LTE-R在事故现场和控制中心之间实现实时视频的传输。
以上属铁路移动通信范畴内的技术。铁路移动通信技术是在保证行车安全、提升运输效率、防止作业事故以及改善服务质量等方面不可或缺的通信手段。随着移动数据网络速度的提升，铁路移动通信也被带动，LTE-R的应用就是最好的证明。
LTE的产生是以已存在的网络为基础的，与传统的GSM-R相比，LTE-R拥有更多优势。如果LTE-R能在中国的铁路移动通信行业得到大规模应用，将对铁路的发展产生更大的助力。不过中国目前仍普遍运用GSM-R技术，想要过渡到LTE-R并非一朝一夕就能完成的。
一、LTE是实现4G的技术基础，LTE-R比GMS-R更先进
LTE（Long Term Evolution）即长期演进技术，在商业宣传中通常被称为4G LTE。简而言之，LTE技术就是3G技术的升级版本。该项目于2004年12月在多伦多3GPP TSG RAN#26会议上正式启动。开始，LTE的定位只是3G的加强版，然而其后期的发展远远超出了设计者的预期，本来只能被称作3.9G的LTE凭着不断的升级与改善达到了真正的4G水平，2010年12月6日，国际电信联盟将LTE正式定义为4G。
从本质上来看，LTE建立在传统的GSM/EDGE与UMTS/HSPA网络技术之上，使用调制技术提升了网络速度及容量。无论是传输技术还是系统架构，都有较大的革新，从而推进了通信行业的进一步发展，而LTE-R则代表着铁路下一代移动通信系统。
目前，中国的铁路通信系统主要分为列车调度无线通信系统、GSM-R数字移动通信系统以及LTE-R宽带数字移动通信系统三种制式。
GSM，即我们常说的“全球通”。GSM-R就是基于这一标准设计而成，GSM-R系统分为交换中心、基站、基站控制器和终端四个部分，承担着实施安全性数据、语音调度等重大责任。GSM-R在引入中国之前就已在欧洲完成了标准编制，以3GPP通信标准为基础，在众多厂商持续不断的技术开发与协作之下，在商用方面取得了巨大成功。
比如华为在2012年提供GSM-R解决方案，并在2015年与西门子CVC合作，利用旧有的站点资源，为德国铁路北区提供GSM-R解决方案。2016年，中兴中标俄罗斯铁路公司GSM-R通信系统项目，该项目涉及圣彼得堡-布洛夫斯科段的GSM-R系统及配套设备，合同总金额超过1亿美金。
然而，随着时代的发展，数据大幅增加，对通信技术的要求越来越高，GSM-R逐渐无法满足与高速数据相关的列车日志传送、旅客服务及视频监控等任务。无线技术处于不断发展之中，GSM已逐步从产品顶峰走向下坡路，而LTE-R的诸多优势则注定使其取代GSM-R成为新一代铁路通讯系统。
LTE包括频分双工（FDD，简称FD-LTE）与时分双工（TDD，简称TD-LTE）两种制式，目前这两种制式均已在全球建设商用网络，并推出商用服务。例如中国移动采用的就是TD-LTE，因为该制式能够很好地与其自主研发的3G网络相结合，联通采用FD-LTE制式，而电信则将两种制式相结合。
与GSM-R相比，LTE-R在各方面都存在优势。

GSM-R与LTE-R技术参数比较
从传输时延方面来看，LTE-R可通过更小的端到端传输时延缩短列控传输时延，从而使列控安全性进一步提升。从传输速率来看，作为4G基础的LTE-R能够为旅客提供更丰富的数据体验。从发展前景来看，LTE-R代表着未来的技术方向，更易获得相关企业的支持，保证产品的成熟度及产业链的完善，从而确保铁路通信的稳定发展以及为铁路通信提供长期服务。
目前，不少相关企业入局LTE-R市场，该技术已经逐渐走向商用。不过，从GSM-R到LTE-R的过渡需要具备许多演进条件，这一过程并非易事。尤其在中国，GSM-R标准应用已久，要转换成LTE-R需要时间和经验的累积。
二、GSM-R到LTE-R演进不易，实现大规模商用仍需时日
目前LTE-R已经开始进入商用。上文提到的韩国4G铁路是在2015年结束招标的，其项目针对釜山地铁1号线，当时许多知名企业均参与了竞标，除了中标的几家企业之外，SK电讯、ICONTROLS和LG U+的联合体投标人、现代信息技术和华为的联合体投标人均提交了投标书。
此项目之所以吸引到众多知名企业投标，是因为LTE-R技术与韩国国家灾难安全通信网规定使用的公共安全LTE技术有许多相同的必需条件，因此这一项目估值高达3万亿韩元（约折合人民币171亿元），巨大的利润成为了吸引企业的前提条件。
同样是在2015年，中兴在UIC TOKYO 2015 HIGHSPEED（东京第九届世界高铁大会）上向全球发布了LTE-R产品及解决方案。这一方案除了继承之前的GSM-R通信系统的全部业务之外，还能够为用户提供语音解决方案、可视电话、实时视频监控以及客运综合信息发布等服务。
LTE-R已经开始走上商用道路，在这一过程中，GSM-R到LTE-R的过渡具体如何实现，是值得探究的问题。

GSM-R向LTE-R演进路径图
按照无线技术的演进线路来看，从GSM到UMTS再到LTE，只用了几年时间就实现了产品的催熟与更新，并开始换代。值得注意的是，这种演进方式并不适合铁路服务对“稳定”与“长期”的需求。实质上，GSM-R的演进路线应是跨越式的，这样能够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对这种演进方式起到了辅助作用。由上图可知，从GSM-R直接过渡到LTE-R是业界的主流思路，融合通信技术是将GSM-R与LTE-R看作一个通信平台上具备不同特性的软件应用，从而实现演进过程中铁路业务的延续性。
对于铁路通信产品而言，第一要求是安全可靠，因此LTE产品的首要条件是稳定成熟。必须经过运营商网络的大规模商用之后，LTE-R才能被应用到铁路领域。从2014年起，LTE逐渐走入商用，成为了演进的最佳时机。

GSM-R向LTE-R演进过渡示意图
GSM-R向LTE-R演进必须同时考虑到网络与业务，并保证平滑过渡，其中包括无线网络演进、核心网络演进以及业务演进三部分。这一过程不可能一蹴而就，因此，二者在相当长的阶段中必将处于长期共存的状态，这有利于最大限度地保证铁路业务的延续性及安全性。
除此之外，要实现从GSM-R到LTE-R的过渡，从中国的铁路行业层面来看也存在很大阻力。
铁路行业是一个惯性巨大而保守的行业，如果没有特别的好处，在安全相关的部分，能不升级就不升级，何况铁路行业对稳定性和安全性要求极高。即使新技术有许多优势，但毕竟GSM-R技术在长期的实践中已经证明了其可靠性，如果更换成LTE-R技术，则无异于“伤筋动骨”，并且产生的效果还未可知。
此外，GSM-R抗干扰性极强，连线响应速度快，对于铁路这类“求稳”的行业而言，对新技术的渴求并不十分强烈，就像美国航空业许多卫星处理器仍然是20年前的一样，因为对于这种行业来说，安全与稳妥永远是第一位的。
当然，这并不是说铁路行业只能一直抱着旧技术不放而回避新技术，实际上，改变已然发生。去年3月，朔黄铁路率先采用了LTE-R 4G通信系统，确保了20000吨载重列车的顺利运行。国外的铁路通信已经开始陆续采用LTE-R，中国的铁路行业也正在试图打破传统，尝试新技术，从而推动铁路移动通信行业的进一步发展。
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