中國正在推進“一帶一路”和“京津冀協(xié)同發(fā)展”國家戰(zhàn)略，交通運輸作為優(yōu)先發(fā)展領域具有巨大的潛力。鐵路作為交通大動脈，將成為推動相關國家和地區(qū)貿(mào)易與人員往來、實現(xiàn)經(jīng)濟融合的重要引擎。
移動通信系統(tǒng)是鐵路的關鍵基礎設施之一，承載了鐵路調(diào)度指揮、列車運行控制、故障預警、險情通告、應急救援等任務。為保障鐵路網(wǎng)絡安全和高效，實現(xiàn)便捷舒適、綠色環(huán)保的運輸服務，鐵路移動通信新業(yè)務不斷涌現(xiàn)，例如鐵路多媒體調(diào)度指揮、列車運行控制、列車遠程視頻監(jiān)控、鐵路基礎設施監(jiān)測、鐵路物聯(lián)網(wǎng)、站場無線通信、移動售票、客運站車無線交互、應急通信等業(yè)務。但是目前鐵路移動通信（GSM-R）系統(tǒng)是窄帶通信系統(tǒng)（上下行各4兆赫帶寬），業(yè)務承載能力有限，當前業(yè)務已經(jīng)基本飽和，難以承載鐵路移動通信新業(yè)務；并且隨著移動通信技術和產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，GSM市場規(guī)模不斷萎縮，預計將于2018 年走向終結，這必將對GSM-R產(chǎn)業(yè)鏈形成強烈沖擊。
發(fā)展鐵路下一代移動通信系統(tǒng)已經(jīng)成為大勢所趨。國際鐵路聯(lián)盟（UIC）從2008年開始進行鐵路下一代移動通信系統(tǒng)研究；2009年和2010年先后發(fā)布鐵路下一代移動通信系統(tǒng)業(yè)務需求和技術需求白皮書；2014年4月，UIC提出鐵路下一代移動通信發(fā)展規(guī)劃；當前UIC正與國際標準化組織“第三代合作伙伴計劃”（3GPP）合作開展標準化工作。2008年，北京交通大學鐘章隊教授團隊在中國率先提出發(fā)展鐵路下一代移動通信；中國鐵路總公司于2014年明確了要發(fā)展鐵路下一代移動通信系統(tǒng)，并計劃在2018年進行工程試驗，2020年前后形成LTE-R標準。因此，當前正是LTE-R標準化和產(chǎn)業(yè)化的關鍵時期。
LTE-R作為鐵路下一代移動通信系統(tǒng)，將支持鐵路機務、車務、工務、電務、車輛等多個部門，承載包括視頻在內(nèi)的鐵路特殊業(yè)務，構建鐵路移動互聯(lián)網(wǎng)，將具有如下特征：（1）支持高達500公里/小時的移動性，保證可靠的切換和服務質(zhì)量；（2）承載列車控制、調(diào)度指揮等安全相關業(yè)務，要求網(wǎng)絡冗余備份，場強冗余覆蓋；（3）頻率資源受限，需要采用載波頻率聚合技術；（4）由于承載列車遠程視頻監(jiān)控、鐵路基礎設施監(jiān)測等業(yè)務，上行業(yè)務量明顯大于下行業(yè)務量；（5）快速、可靠、多優(yōu)先級的語音組呼、語音廣播和緊急呼叫；（6）基于位置尋址和功能尋址，基于位置的呼叫限制，基于功能的接入矩陣等特殊業(yè)務；（7）差異化的服務質(zhì)量（QoS）要求；（8）特殊的組網(wǎng)方式：鐵路沿線采用鏈狀組網(wǎng)，大區(qū)覆蓋，站場地區(qū)采用鏈狀和面狀相結合的方式；（9）嚴格的安全管理體制，應支持鐵路運營管理體制和安全責任認定要求的使用便捷性和可追溯性。這些特征決定了LTE-R絕不是簡單的LTE技術在鐵路上的應用。
自2008年起，鐘章隊教授團隊針對LTE-R開展了大量研究工作，包括鐵路移動通信業(yè)務建模、業(yè)務實現(xiàn)方案和網(wǎng)絡架構、LTE-R頻率和帶寬需求、鐵路特殊場景電波傳播與無線信道、高速鐵路環(huán)境可靠傳輸、LTE-R與GSM-R的互聯(lián)互通等研究。
在業(yè)務建模方面，鐘章隊教授團隊歸納整理了二十多種鐵路移動通信業(yè)務，并建立了鐵路移動通信業(yè)務模型；提出了LTE-R網(wǎng)絡架構，明確了LTE-R典型業(yè)務實現(xiàn)方案和各網(wǎng)元的功能和接口功能；在LTE-R頻率和帶寬需求方面，2014年向中國鐵路總公司提交了LTE-R頻率和帶寬需求報告，配合中國鐵路總公司向工業(yè)與信息化部提出了LTE-R頻率申請；在鐵路特殊場景電波傳播與無線信道領域，對鐵路場景進行了分類，提出了13種典型場景，提出了高速鐵路電波測量準則，建立了電波傳播路徑損耗模型，對典型場景的信道特性進行了分析；提出了高速鐵路環(huán)境自適應波束賦型、協(xié)作傳輸、多普勒頻移校正等算法，提高了LTE-R系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃裕谎芯繉崿F(xiàn)了LTE-R與GSM-R業(yè)務互通和演進策略。鐘章隊教授團隊還建成了高速鐵路LTE-R試驗平臺，正在開展LTE-R業(yè)務承載能力與高速適應性試驗，為LTE-R系統(tǒng)和設備在鐵路上應用提供了試驗環(huán)境。
2015年，中國鐵路總公司運輸局和科技管理部組織成立了“中國鐵路下一代移動通信技術研究工作組”，成員單位包括北京交通大學、中國鐵道科學研究院、北京全路通信信號研究設計院有限公司、北京鐵路通信技術中心、鐵二院、鐵三院、鐵四院、鐵道基礎設施檢測中心、華為、中興、信威、天津七一二、深圳桑達、佳訊飛鴻等，形成了“產(chǎn)、學、研、用”相結合的協(xié)同攻關團隊，聯(lián)合開展LTE-R業(yè)務調(diào)研、頻率申請、標準制定、工程試驗、學術交流等工作，為作好下一代移動通信系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃、建立標準體系、裝備研制、工程建設及運營維護提供技術支撐。
當前，中國高速鐵路建設和運營里程穩(wěn)居世界第一位置，高速鐵路技術已達到世界先進水平。因此制定中國主導的LTE-R國際標準，研制成套裝備，構建完整產(chǎn)業(yè)鏈，對于中國鐵路可持續(xù)發(fā)展、支撐“一帶一路”和“高鐵走出去”戰(zhàn)略具有重要意義，LTE-R具有廣闊的發(fā)展前景。
作者：熊磊
熊磊，北京交通大學副教授