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时间: 2026-5-17 14:55

作者: rendezvoussh 标题: 5G未来承载综述

发展5G 是我国重要的战略部署，积极稳妥推
进5G 网络建设，培育更多行业应用是深化5G 应
用发展的总趋势。目前，针对5G 铁路专网和5G
铁路应用的研究方兴未艾，基于5G 的列控系统研
究也是其中的一个热点课题。本文通过对5G 铁路
应用研究的最新现状进行调研和分析，结合我国列
控系统的应用现状以及未来列控系统的发展趋势，
从既有列控系统适配5G 进行升级改造和研制充分
利用5G 功能特性的新型列控系统2 个维度，提出
未来列控系统业务应用5G 技术的各项设计方案，
分析5G 与列控相结合的有关问题，并提供相关参
考建议。
1 5G 铁路应用研究现状
当今世界上无线移动通信技术中，技术先进、
发展趋势最好的当属5G。铁路一直紧跟着时代技
术的发展，5G 将成为构建未来铁路的首选移动通
信系统。2014 年，国际铁路联盟（UIC）设立了未
来铁路移动通信系统（FRMCS）专项课题，开始
研究铁路下一代移动通信技术。2020 年2 月19 日，
FRMCS 发布了用户需求规范（URS V5. 0. 0），计
划在2021 年发布功能需求规范（FRS）和系统需
求规范（SRS）［1］。世界各国针对5G 铁路应用的研
究日新月异：日本在2019 年进行了在时速240 km
条件下90 GHz 频段的铁路移动通信系统试验；
2020 年10 月8 日，韩国铁路研究院在位于五松的
专用试验轨道上测试了基于5G 的自主列车控制技
术；德国计划于2021 年10 月在汉堡长达23 km 的
线路上展示基于5G 的列车全自动无人驾驶。
我国目前也已开展5G-R （5G 铁路专网）组网
方案、架构设计和应用的相关研究。鉴于2 100 MHz
频段电波传播特性良好，拟申请将2 100 MHz 作为
我国铁路5G 专网频率。前期对该频段电波的传播
特性和电磁兼容特性进行了研究和测试［2］。近期研
究成果取得重要突破，2020 年12 月16 日和18 日，
位于北京交大和铁科院的2 个铁路5G 创新实验室
分别投入使用。北京交大5G 创新实验室完成了铁
路5G-R 与GSM-R 网络之间的互联互通，打通了
基于铁路5G-R 的多媒体调度电话、铁路GSM-R
与5G-R 之间的移动电话，这属世界首次；铁科院
5G 创新实验室是我国铁路第一个内外场结合、动
静态兼顾、公专网融合的铁路5G 实验室，其中装
备了自行研制的“车地无线宽带传输平台”与新型
CIR 设备，实现了5G 关键业务系统（MCX）的多
媒体调度通信功能，这在国内尚属首次。这2 个实
验室标志着5G 技术在我国铁路创新应用领域迈出
了坚实的第一步，对推动铁路5G 的工程建设和发
展具有重要意义。
5G 技术为列控系统车地传输提供了高速率、
低时延、高可靠性和高安全性的无线宽带接入技术
保证，建设5G-R 来承载列控信息等行车安全数据
是未来铁路通信应用的发展方向。2020 年8 月，中
国国家铁路集团有限公司发布《新时代交通强国铁
路先行规划纲要》（简称《纲要》），在《纲要》中
明确指出将自主研发新型智能列控系统。新型智能
列控系统即是利用5G 通信技术、北斗卫星导航技
术等构成的空天地一体化列控系统。可以看出，我
国未来的铁路列控系统必然是以5G 为基础的，目
前有关科研院所也已启动基于5G 的未来列控系统
的研究。
2 基于5G 的未来列控系统
随着GSM-R 产业链逐渐萎缩和5G-R 的稳步
发展，5G 技术将逐步应用于我国铁路未来列控系
统中。我国未来列控系统可在2 个维度上应用
5G 技术：一是对既有列控系统适配5G 进行升级改
造；二是研制充分利用5G 功能特性的新型列控
系统。
2.1 CTCS-3 级列控系统
我国CTCS-3 级列控系统由ATP 车载设备和
地面设备构成，地面设备主要由无线闭塞中心
（RBC）、临时限速服务器（TSRS）等组成［3］。
ATP 和RBC 间采用GSM-R 电路域无线通信实现
车地信息传输： RBC 向ATP 发送行车许可信息，
ATP 向RBC 发送列车位置报告。由于5G-R 系统
的带宽和时延指标均优于GSM-R 系统，所以对既
有CTCS-3 级列控系统适配5G 进行升级改造时，
无需变动CTCS-3 级列控系统内部既有业务逻辑，
仅需更改它与5G-R 的接口即可实现升级，但需要
考虑ATP 对GSM-R 和5G-R 2 种网络的兼容性设
计。一种5G-R 承载CTCS-3 级列控业务的设计方
案如下。
1）使用既有CTCS-3 级车地安全通信连接机
制和应用消息流程。
2）为了实现在GSM-R 覆盖线路和5G-R 覆盖
线路的跨线运行，将ATP 的电台MT 替换为双模，
车载设备的RTU 单元包含CSD 模式和5G-R 模式
下的车地数据传输协议，并支持2 套协议同时工
作，RTU 与MT 接口形式保持不变。
3） RBC 设备增加5G-R 模式的N6 接口，通过
该接口与5G-R 网络的SMF 设备连接。
2.2 C3+ATO 列控系统
C3+ATO 系统在CTCS-3 级列控系统的基础
上，车载设备增加了ATO 单元来实现自动驾驶控
制，地面TSRS 设备中增加了ATO 相关功能［4］。
ATO 和TSRS 间采用GSM-R 分组域（GPRS）无
线通信实现车地信息传输：TSRS 向ATO 发送站间
数据和运行计划，ATP 向TSRS 发送列车位置报告。
同样地，对既有C3+ATO 列控系统适配5G 进行升
级改造时，无需变动C3+ATO 列控系统内部既有
业务逻辑，仅需更改它与5G-R 的接口即可实现升
级。除需要考虑ATP 对GSM-R 和5G-R 2 种网络的
兼容性设计外，由于5G-R 和GPRS 都属于分组域，
还需考虑ATO 对这2 种分组域的兼容性适配。一种
5G-R 承载C3+ATO 列控业务的设计方案如下。
1）更换ATO 的电台MT 和天线， ATO 的
MT 自动识别GPRS 网络或5G-R 网络。
2） ATO 车载设备和TSRS 地面设备对车地数
据传输是通过GPRS 网络还是5G-R 网络无感知。
3） TSRS 保持原Gi 接口（N6 接口）， 5G-R
网络适配该接口。
新建时速400 km 高铁列控系统
成渝中线高速铁路是世界上首条拟以时速
400 km 建设运营的高速铁路，计划建设总工期约
为4 年。根据目前相关设计与建设要求，成渝中线
高速铁路列控系统将在CTCS-3 级列控系统基础上
增加多源融合定位功能。
由于5G 最高可支持500 km/h 运行速度，满足
时速400 km 高铁运营要求，可以预见：随着我国
铁路5G 专网的建设与发展，未来新建时速400 km
高铁列控系统也将逐步采用5G-R，取代GSM-R
来承载车地间列控信息传输。时速400 km 高铁列
控系统相关5G 适配方案可参考CTCS-3 列控系统
的升级改造方案。
2.4 西部高原列控系统
为了给高原铁路的运营提供技术支撑，我国正
在有序开展西部高原铁路列控系统的技术研究。西
部高原列控系统由车载设备和地面设备构成，车载
设备主要由ATP 设备和EOT 列尾设备组成，地面
设备由无线闭塞中心（RBC）、临时限速服务器
（TSRS）等组成。西部高原列控系统具备移动闭
塞功能，车载设备具备多源融合定位和列车完整性
检查功能。ATP 和RBC 间、ATP 和TSRS 间、
ATP 和EOT 间均采用GPRS 无线通信实现信息传
输： RBC 向ATP 发送行车许可信息， TSRS 向
ATP 发送电子地图、差分数据信息，EOT 向ATP
发送风压、位置和速度等信息。
随着我国铁路5G 专网大规模的建设和发展，
未来西部高原铁路列控系统也将逐步采用5G-R，
取代GPRS 来承载车地间和ATP-EOT 间的列控
信息传输。西部高原列控系统相关5G 适配方案可
参考C3+ATO 列控系统的升级改造方案。
2.5 西部高原兼容型列控系统
西部高原兼容型列控系统在西部高原列控系统
的基础上，车载设备增加CTCS-0 级模块来实现在
CTCS-0级线路上运行的能力，同时在车载设备中增
加扩展通信单元，在地面增加数据、应用等服务器来
实现CTCS-0 级车载数据的无线远程换装。无线换
装系统的车载和地面服务器之间通过公网3G/4G 进
行通信，地面服务器向车载设备发送CTCS-0 级线
路数据［5］。
随着我国5G 网络的建设与发展，未来西部高
原铁路兼容型列控系统也可采用5G 公网或5G 专
网来取代3G/4G 公网，承载无线换装系统车地间
CTCS-0 级数据的传输。
2.6 车车通信列控系统
在我国，基于车车通信的列控系统在城市轨道交
通领域研究进展较快，在铁路领域的研究相对谨慎保
守。我国西部复杂山区铁路具有桥梁隧道多、长大坡
道多、地质板块活动频繁等特征，根据相关设计要
求，目前西部复杂山区铁路采用的信号系统初步定为
车-地-车列控系统。随着我国铁路5G 网络的建设与
发展，研究基于5G 和车车通信的列控系统，减少轨
旁设备，实现移动闭塞、列车完整性自检查等功能，
具备既有列车测速定位方式的增强能力，满足不利乃
至极端运行条件下的运用需求，这不失为西部复杂山
区铁路的一种选择方案。车车通信列控系统的车载设
备采用一体化设计，极大地简化了地面设备，后车可
直接与前车通信，根据获取的前车信息，生成追踪速
度曲线［6］。同时可具备自动驾驶功能和虚拟编组功
能，实现基于车车通信的列车追踪。一种基于5G-R
的车车通信列控系统的设计方案如下。
1）车载设备之间、车地间、车载设备与列尾
间采用5G-R 实现IP 化双向无线通信。
2）本车车载设备通过域名解析和身份识别与
前、后行列车的车载设备建立安全通信连接：从前
行列车ATP 获取前车的列车位置与运行速度，向
后车ATP 发送自身的列车位置与运行速度；本车
ATP 自行计算本车的行车许可，并计算ATP 控制
曲线和ATO 控制曲线。
3）当以列车虚拟编组方式运行时，虚拟编组
内的前车车载设备向后车车载发送控制指令，后车
车载设备根据该命令控制后车自动运行［7］。
需要指出的是， 5G 标准中的临近服务
（ProSe）技术可支持邻近脱网通信和直接通信［8］，
由于直通模式下2 个终端间可以不经过蜂窝网络转
发就可直接通信，所以该模式可以大大减轻基站与
核心网的负荷。通过在车载设备与列尾间，以及虚
拟编组内的前车和后车间采用ProSe 直接通信，可
以有效降低通信时延，提高传输速率。
2.7 全自动运行列控系统
全自动运行系统在城市轨道交通领域中已经逐
渐成为标配，城市轨道交通全自动运行系统是基于
现代计算机、通信、控制和系统集成等技术，由信
号、车辆、通信、站台门、综合监控等设备组成，
实现列车运行全过程自动化的系统［9］。随着我国铁
路的发展，基于5G 的铁路全自动运行系统也是将
来的发展方向。列控系统作为铁路全自动运行系统
中的核心系统，除了实现列车防护的核心功能外，
还作为车地无线信息的中转中枢，与其他系统深度
集成，从而实现全自动运行协同控制。一种5G-R
承载全自动运行列控业务的设计方案如下。
1）车载设备与地面设备（RBC/TSRS）间、车
载设备与CTC 间采用5G-R 实现IP 化双向无线通信。
2）车载设备设置休眠唤醒单元，支持CTC 远
程控制列车休眠唤醒。
3）系统实现远程控制列车，包括列车设备控
制、客室照明开关等。车载设备接收CTC 发送的
远程控制车辆指令，并转发给车辆；从车辆接收列
车运行状态信息发送给CTC。
4）系统可将列车内及列车运行前、后方的视
频监视信息上传到CTC，CTC 可远程控制列车广
播和乘客信息。
由上述设计可以看出，全自动运行系统对数据
传输速率要求高，而5G 大带宽特性正好可以为这
些业务提供支撑。
3 相关问题
尽管5G 优势众多，但应用于未来列控系统时
也存在一些限制和问题，主要如下。
1） 5G 无法应用于更高速度的列控系统。2020年
12 月22 日，国务院新闻办发布的《中国交通的可
持续发展》白皮书中指出，我国“十四五”铁路发
展将推动时速600 km 级高速磁悬浮系统技术等重
大科技研发。由于5G 最高支持500 km/h 运行速
度，显然不能应用于高速磁浮列控系统的信息传
输。德国的高速磁悬浮列控系统由中央控制系统、
分区控制系统和车载控制系统3 个子系统构成，在
埃姆斯兰磁浮线测试时列车最高速度达550 km/h，
其分区控制系统和车载系统之间的信息传输是依靠
38 GHz 无线电系统来实现的［10］。
2）列控系统的发展和铁路移动通信系统的发展
存在步调不一致的情况。一方面，我国铁路列控系统
的演进是有一个过程的，在相当长的一段时期内会使
用既有成熟的列控系统（如CTCS-3 级列控系统），
由于5G-R 的功能和性能远优于GSM-R 系统，单纯
地在既有列控系统上更换5G 难免陷于“大材小用”
的境地，无法充分利用5G 的先进功能特性。另一方
面，基于5G 而研发的新型列控系统，从研制到应用
同样需要一个较长的过程，在这个过程中，无线移动
通信技术也在迅猛发展，如2020 年11 月21 日，中国
移动研究院发布的6G 系列白皮书中就提出了下一代
移动通信系统6G 的全新架构，并分析了未来潜在技
术。5G 尚未应用，6G 已在发展，这对未来列控系统
的规划和设计提出了更高的要求。
4 总结与展望
不管是对既有列控系统进行升级改造，还是研
制新型列控系统，总体来说，我国未来的铁路列控
系统应用5G 技术是一个发展趋势。由于列控业务的
安全性级别极高，可以预见，文中提及的数个未来
列控系统也必将成为5G 在铁路上的示范性应用。同
时还应看到，在铁路列控系统自身发展演进过程中，
不能简单地将5G 视为一个孤立的通信系统，而是需
要将5G 技术纳入到系统设计的整体考量中来，充分
挖掘和拓展其功能特性（如大连接、边缘计算、基
站定位等），同时还需考虑5G 与其他新技术的组合
应用（如5G+北斗、5G+AI、5G+大数据等）。只
有这样才能使5G 和列控深度融合、相得益彰，从而
最终实现铁路通信信号的一体化发展［11］。

时间: 2026-5-17 20:10

作者: lmla2070

万物互联吹上天，落地砸坑已多年，

时间: 2026-5-17 22:34

作者: xhy133

时间: 2026-5-18 01:34

作者: coffee198375

排一下版面。。。。

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