中国正在推进“一带一路”和“京津冀协同发展”国家战略，交通运输作为优先发展领域具有巨大的潜力。铁路作为交通大动脉，将成为推动相关国家和地区贸易与人员往来、实现经济融合的重要引擎。
移动通信系统是铁路的关键基础设施之一，承载了铁路调度指挥、列车运行控制、故障预警、险情通告、应急救援等任务。为保障铁路网络安全和高效，实现便捷舒适、绿色环保的运输服务，铁路移动通信新业务不断涌现，例如铁路多媒体调度指挥、列车运行控制、列车远程视频监控、铁路基础设施监测、铁路物联网、站场无线通信、移动售票、客运站车无线交互、应急通信等业务。但是目前铁路移动通信（GSM-R）系统是窄带通信系统（上下行各4兆赫带宽），业务承载能力有限，当前业务已经基本饱和，难以承载铁路移动通信新业务；并且随着移动通信技术和产业的快速发展，GSM市场规模不断萎缩，预计将于2018 年走向终结，这必将对GSM-R产业链形成强烈冲击。
发展铁路下一代移动通信系统已经成为大势所趋。国际铁路联盟（UIC）从2008年开始进行铁路下一代移动通信系统研究；2009年和2010年先后发布铁路下一代移动通信系统业务需求和技术需求白皮书；2014年4月，UIC提出铁路下一代移动通信发展规划；当前UIC正与国际标准化组织“第三代合作伙伴计划”（3GPP）合作开展标准化工作。2008年，北京交通大学钟章队教授团队在中国率先提出发展铁路下一代移动通信；中国铁路总公司于2014年明确了要发展铁路下一代移动通信系统，并计划在2018年进行工程试验，2020年前后形成LTE-R标准。因此，当前正是LTE-R标准化和产业化的关键时期。
LTE-R作为铁路下一代移动通信系统，将支持铁路机务、车务、工务、电务、车辆等多个部门，承载包括视频在内的铁路特殊业务，构建铁路移动互联网，将具有如下特征：（1）支持高达500公里/小时的移动性，保证可靠的切换和服务质量；（2）承载列车控制、调度指挥等安全相关业务，要求网络冗余备份，场强冗余覆盖；（3）频率资源受限，需要采用载波频率聚合技术；（4）由于承载列车远程视频监控、铁路基础设施监测等业务，上行业务量明显大于下行业务量；（5）快速、可靠、多优先级的语音组呼、语音广播和紧急呼叫；（6）基于位置寻址和功能寻址，基于位置的呼叫限制，基于功能的接入矩阵等特殊业务；（7）差异化的服务质量（QoS）要求；（8）特殊的组网方式：铁路沿线采用链状组网，大区覆盖，站场地区采用链状和面状相结合的方式；（9）严格的安全管理体制，应支持铁路运营管理体制和安全责任认定要求的使用便捷性和可追溯性。这些特征决定了LTE-R绝不是简单的LTE技术在铁路上的应用。
自2008年起，钟章队教授团队针对LTE-R开展了大量研究工作，包括铁路移动通信业务建模、业务实现方案和网络架构、LTE-R频率和带宽需求、铁路特殊场景电波传播与无线信道、高速铁路环境可靠传输、LTE-R与GSM-R的互联互通等研究。
在业务建模方面，钟章队教授团队归纳整理了二十多种铁路移动通信业务，并建立了铁路移动通信业务模型；提出了LTE-R网络架构，明确了LTE-R典型业务实现方案和各网元的功能和接口功能；在LTE-R频率和带宽需求方面，2014年向中国铁路总公司提交了LTE-R频率和带宽需求报告，配合中国铁路总公司向工业与信息化部提出了LTE-R频率申请；在铁路特殊场景电波传播与无线信道领域，对铁路场景进行了分类，提出了13种典型场景，提出了高速铁路电波测量准则，建立了电波传播路径损耗模型，对典型场景的信道特性进行了分析；提出了高速铁路环境自适应波束赋型、协作传输、多普勒频移校正等算法，提高了LTE-R系统传输的可靠性；研究实现了LTE-R与GSM-R业务互通和演进策略。钟章队教授团队还建成了高速铁路LTE-R试验平台，正在开展LTE-R业务承载能力与高速适应性试验，为LTE-R系统和设备在铁路上应用提供了试验环境。
2015年，中国铁路总公司运输局和科技管理部组织成立了“中国铁路下一代移动通信技术研究工作组”，成员单位包括北京交通大学、中国铁道科学研究院、北京全路通信信号研究设计院有限公司、北京铁路通信技术中心、铁二院、铁三院、铁四院、铁道基础设施检测中心、华为、中兴、信威、天津七一二、深圳桑达、佳讯飞鸿等，形成了“产、学、研、用”相结合的协同攻关团队，联合开展LTE-R业务调研、频率申请、标准制定、工程试验、学术交流等工作，为作好下一代移动通信系统发展规划、建立标准体系、装备研制、工程建设及运营维护提供技术支撑。
当前，中国高速铁路建设和运营里程稳居世界第一位置，高速铁路技术已达到世界先进水平。因此制定中国主导的LTE-R国际标准，研制成套装备，构建完整产业链，对于中国铁路可持续发展、支撑“一带一路”和“高铁走出去”战略具有重要意义，LTE-R具有广阔的发展前景。
作者：熊磊
熊磊，北京交通大学副教授