GSM-R与LTE-R共存问题研究
摘要：LTE系统作为铁路下一代移动通信平台的最佳选择，在未来铁路通信中必将大方光彩。但是由于技术、设备等更新速度的限制，未来很长一段时间内，LTE-R将与GSM-R技术共存。本文简述了GSM-R向LTE-R技术过渡必要性，并在此基础上，研究了LTE-R与GSM-R既有业务实现方式、二者耦合方式、业务承载的问题，以此说明两者共存的可行性。 关键词：GSM-R LTE-R 业务继承 共存
一 前言
1 GSM-R向LTE-R技术过渡的必要性
铁路通信系统既需要提供目前GSM-R系统所能提供的一切铁路通信标准功能，同时还应提供独具特色的扩展业务，如视频监控、信息共享及旅客的无线宽带接人等。
从通信制式方面看，GSM-R立足于二代窄带技术，本身数据承载能力有限：电路交换数据业务(CSD)速率低，为kh／s级别，仅能承载流量要求较小的专用列控数据；而通用分组无线服务(GPRS)可供使用的带宽也有限，无法满足日益增长的上层应用需求。
在网络的开放性方面，GSM-R作为铁路专网，使用者是铁路员工，不能为公众旅客提供通信服务。一方面考虑系统安全性，采取封闭的运营管理；另一方面，由于系统自身容量的限制，不能接受过大的业务接入量，因此只能优先满足与铁路运营相关的工作人员使用。 然而，考虑到运输的便捷性，与航空相比，高速铁路的一个重要优势在于旅客可始终保持通信连接，还可远程处理公务和进行网络娱乐。若在沿线铺设服务于铁路的LTE网络，同时对铁路员工和旅客开放，在提升铁路运营安全性和高效性的基础上，还能为旅客提供优质的语音和多媒体接入、上网娱乐等服务，提升出行体验，这必将成为吸引旅客的一个行业亮点。
二 LTE-R与GSM-R共存的可行性
2.1 LTE-R承载既有GSM-R业务
2.1.1 语音业务
在GSM-R网络中，无线网络和核心网络都有电路域(CS)核心网元和专门的无线承载通道用于承载语音业务。与GSM-R网络技术不同，在LTE网络技术中，仅定义了不同服务质量(QoS)的分组域PS)承载通道技术，无特别的专门用于语音通信的技术和承载方式。
在LTE网络部署的初期，由于LTE覆盖不完善，固定电话还处在时分复用(TDM)或软交换应用 中，IMS部署也没有完全展开，LTE提供了两种语音解决方案，一种是电路域回退(CSFB)技术，另一种 是无线语音呼叫连续性(SRVCC)技术。
采用基于MMTel的语音实现技术，可以满足铁路调度通信、公务通信、紧急呼叫、应急通信等业务的需要。在LTE-R网络和GSM-R网络共存阶段，还可以采用CSFB技术，由现有GSM-R网络承载，采用SRVCC技术实现LTE网络至GSM—R语音的切换。 2.2.2 数据业务
GSM-R系统中，有基于电路域的数据业务， 如机车同步操控系统、CTCS-3级列控系统的车地安全信息传送，列控业务采用电路交换异步透明数据传输方式。GSM-R系统通过保持列车和控制中心持续联系，即“永远在线”的方式来为CTCS．3级列控业务提供可靠的传输通道，不存在拥塞问题。无线网络的误由业务应用层来识别和控制。
系统为基于分组的全IP结构，在承载业务时，可以根据不同业务的QoS要求，提供不同类型的演进分组系统(EPS)承载(如通过调度策略，缓冲队列管理，链路层配置等)来保障各业务的QoS要求。 2.2.3 铁路特殊业务
LTE-R系统支持多媒体广播与多播业务(MBMS)。MBMS是一种通过共享网络资源从一个数据源向多个用户设备传送数据的技术，不仅能提供速率消息类多播和广播，而且可以实现较高速率不小于256 kbps)的视频、音频和多媒体业务的广播组播。采用MBMS可以实现铁路的组呼业务VGCS)和广播呼叫业务(VBS)。
LTE-R系统中如何实现功能寻址和位置寻等铁路特殊业务，还需要进一步研究。定位功能3G网络和LTE网络的一个重要特征，结合终端供位置信息，采用类似智能网的方式，可以实现基于位置寻址。有了GSM-R网络智能网的经验，很易将网络呼叫移植到LTE网络中来，甚至可以提供更为丰富的功能呼叫和更为准确的位置呼叫。在隧道环境下如何提供基于位置的呼叫还需要究。
2.2 GSM-R与LET-R网络耦合方式
GSM-R和LTE-R网络共存情况下，目前主要有耦合和紧耦合两种种模式来实现互联互通。它们是在保持现有无线网络结构完整性的基础上，通过增加某些中间节点实现多种无线网络的互联互通。
松耦合模式，实际上是独立共存模式，对于GSM-R和LTE-R，一个网络作为另一个网络的补充，二者的接人控制完全独立。在这种模式下，LTE-R不与GSM-R的核心网发生联系，而是直接接入外部分组数据网。LTE-R可以与GSM-R使用同一个用户数据库，但是与其核心网没有数据接口。
紧耦合模式，实际上是双网融合共存模式，是指其中一个网络(如GSM-R)完全成为另一个网络(LTE-R)的一部分。通过网关实现分组控制功能(PCF)连接到LTE．R核心网，GSM-R的数据在到达外部分组数据网之前要经过LTE-R的核心网。GSM-R网关与业务支持节点(SGSN)相连，对SGSN屏蔽了GSM-R的特性，使得SGSN把GSM-R看作是一个单独的基站子系统。在这种模式下，GSM-R将作为LTE-R网络的一个无线接人网存在，使用LTE-R网络的认证和授权，上层协议运行LTE-R相关协议，因此需要对GSM-R协议栈进行改造。在紧耦合模式下，GSM-R和LTE-R两个网络可以看作一个统一的整体。
根据GSM—R网络应用特点，在LTE-R网络建设初期，宜采用松耦合模式，独立建设LTE-R，尽量减少对GSM—R系统的改动，保障GSM-R系统上既有业务的正常运行。待LTE-R网络逐渐成熟之后，可以考虑实现两系统的紧耦合。
2.3 双网共存中业务承载与负载均衡
在双网共存的环境中，由于LTE-R和GSM-R在网络覆盖面积、业务能力、使用成本上有较大的差异，服务种类、速率等各不相同，这就必须进行优化控制，合理分配网络业务负载，在保障高优先级业务服务质量前提下，将负载较重的一个网络中的部分负载转移到另一网络中，达到一种均匀分布的状态，从而提高整体网络无线资源的利用率，扩大系统容量。在LTE-R与GSM-R双网的情况下，可以制定一定的规则，如电路域尽量利用GSM-R网络承载，分组域尽量利用LTE-R网络承载，这种负载平衡是事先定义好的，而不是动态调整的。
LTE-R建设初期，GSM-R和LTE-R共存，利用CSFB技术回退到GSM-R电路域提供语音服务，能够保证调度电话等语音业务质量的一致性和高质量，并充分利用现有GSM-R系统。而对于一些对质量要求不是那么高语音业务，可以用OTT技术实现。当LTE-R功能
完善后，可以利用IMS实现语音功能。当终端从LTE区域进入到没有LTE覆盖、仅 有GSM-R覆盖的区域，利用SVRCC技术实现语音呼叫的连续性。
三 GSM-R向LTE-R平滑演进
在GSM-R向LTE-R演进过程中，要充分考虑过渡的平滑性，包括业务提供和投资收益的平滑过渡，在此推荐采取分阶段进行的演进方案。初期，现有GSM-R系统和LTE-R系统并行，前者主要负责传递和列车运行安全紧密相关的列控业务等，LTE-R负责非安全数据相关的业务；后期，随着LTE-R系统在建网和运营中经验的日益丰富，越来越多的业务会转由LTE-R网络承担，直到最后全部业务都切换到LTE-R网络。在上述解决方案中，包含先进的网络设备硬件平台，提供多模基站，从而保证系统后期演进主要通过软件升级和模块添加来完成，以便保护现有投资，完成最高投人产出比的平滑过渡。
四 参考文献
【1】 杜伟 解读LTE对承载网的需求2009
【2】 叶全南 TD-LTE与2G/3G互操作方案初探2011(04) 【3】 章海峰;李俊平 LTE与2G/3G网络融合部署策略探究 【4】 吴琼;薛楠 网络演进中的语音解决方案2012(05)