摘 要：首先介绍铁路调度通信、列车控制系统基本特点；在分析基于LTE的语音业务（VoLTE）技术和MC（关键业务）集通信技术的基础上，针对铁路5G专网MC系统架构以及铁路5G专网集通信技术应用方案进行研究。 关键词：铁路5G专网；基于LTE的语音业务；MC（关键业务）；集通信技术；铁路调度通信业务
铁路专用移动通信系统是保障铁路运输安全的关键基础设施,调度通信、列车控制是涉及铁路行车安全的重要业务。目前,铁路数字移动通信系统（GSM-R）承载的调度通信和列车控制业务均基于电路域技术实现。随着5G技术不断的成熟、公网大规模商用,铁路专网也将采用5G技术。5G网络承载与应用分离、全IP化组网,不再支持电路域业务。3GPP国际标准组织定义了MC（关键任务）集通信技术体系,满足行业专网、公共安全等领域对传统电信业务的需求。为此,本文对铁路5G专网集通信技术应用方案进行研究。 1 铁路业务
1.1 铁路调度通信
铁路调度通信业务包括:列车调度、货运调度、机务调度、动车调度、客运调度、供电调度、电务调度、工务调度等。业务应用涉及移动终端、移动与固定终端（调度台）之间的个呼及组呼［1］。以列车调度通信为例,“车机联控”是调度通信的术语,指车务、机务等行车有关人员使用铁路专用移动通信设备,按规定进行语音联络,提示行车安全信息,确认行车要求。铁路调度通信从无线列车调度系统发展至GSM-R系统,“车机联控”应用模式一直延续。GSM-R网络根据调度通信业务的呼叫场景、用户使用习惯,通过智能网设备为调度通信业务提供了接入矩阵、位置寻址、功能寻址、基于位置呼叫限制等功能［2］。
1.2 铁路列车控制
2009年武广高铁开通运营,基于GSM-R网络的CTCS-3级列控系统在我国高速铁路开始运用。GSM-R网络采用电路交换数据（CSD）业务通道承载列车控制系统的安全数据,与调度通信一样均是电路域业务。电路域是电路交换技术,不同用户独占各自分配的时隙,特点是数据量小、时延低。GSM-R网络的电路域技术很好地满足了铁路调度通信和列车控制业务
的需求。5G网络基于分组域架构,分组域采用包交换方式,其特点是业务数据可以共享通道资源。面对网络承载技术的重大变化,铁路调度通信、列车控制业务需要在技术上进行演进,才能适应5G网络。
2 VoLTE技术
IP多媒体子系统（IMS）最初由3GPP第5版定义,能够满足多样化的多媒体业务应用需求,在分组承载网络的基础上综合实现语音、视频、数据业务,并支持与既有电路域网络的互联互通。IMS是一种开放的网络架构,使用会话初始协议（SIP）实现对多媒体业务的交换控制。移动通信技术发展到第4代（LTE）后网络完全分组化,运营商移动通信网络的语音业务回落到2G/3G的电路域实现,随后3GPP提出了基于LTE的语音业务（VoLTE）技术,在语音业务通话的基础上增加了视频通话业务,而且通话接通时间更短,VoLTE接通时间约为0.5～2 s,2G/3G约为5～8 s。VoLTE由4G和IMS网络组成,其网络架构见图1。
图1 VoLTE网络架构图
IMS网络主要包括:代理会话控制（PCSCF）、服务/查询呼叫会话控制（S-CSCF/ICSCF）、VoLTE应用服务（VoLTE-AS）、归属用户服务（HSS）、会话边界控制（SBC）等功能［3］。P-CSCF是VoLTE业务的接入节点,负责SIP（会话初始协议）信令的代理。S-CSCF/I-CSCF负责VoLTE业务的注册服务和会话控制。VoLTE-AS提供业务逻辑,负责在语音通信的过程中控制媒体资源,并支持VoLTE语音、视频业务及电信补充业务。HSS负责存储VoLTE用户相关位置及业务信息。SBC位于IMS网络的边界,负责将终端用户接入到IMS网络。
4G网络主要包括:移动性管理实体（MME）、服务网关（SGW）、应用网络网关（PGW）、策略与计费功能（PCRF）、无线接入网（RAN）、信令路由代理节点（DRA）等网元［3］。
目前公众移动通信5G网络仅支持数据业务,语音呼叫业务仍然要使用4G网络的VoLTE技术,基于5G的语音业务称为VoNR（Voice Over NR）,其技术标准正在研究。
3 MC技术
MC（关键业务）技术,早期称为“关键业务一键通”（MCPTT）,是一种基于分组无线网络的语音集通信技术,面向特定行业的调度指挥应用,属于专用无线通信技术。MC技术的特点是大量用户共享少量无线信道,具备快速的语音建立和抢占能力。MCPTT基于IMS技术,简化了IMS复杂的网络结构,具有大带宽、低时延、互联互通、易于规模建网等优点,支持鉴权、组管理、个呼、组呼、呼叫优先级、发言权控制、位置上报等功能［4］。
