高速铁路车地宽带通信软切换技术研究

丁 元 锋

(中国铁道科学研究院集团有限公司 电子计算技术研究所， 北京 100081)

2018年高速铁路(以下简称高铁)智能关键技术综合试验[1]车地通信采用5 MHz信道的450 MHz频段LTE，通信性能良好，局限性在于频率资源特别紧张，潜在的干扰问题需要进一步验证。450 MHz频段适合低带宽业务，难于满足大带宽需求。20 MHz信道的LTE峰值带宽下行100 Mbps，上行50 Mbps[2-5]；1.8 GHz和2.6 GHz等高频段在高铁环境下，车地带宽衰减到10%～20%以下，丢包率大于10%，无法满足列控系统传输要求。LTE小区合并、频移补偿等改进技术，有提高但仍然远远低于最佳性能，LTE已商用10年多，问题仍然难于解决。

高铁环境影响LTE性能的主要因素是多普勒频移和硬切换。无法改变LTE的抗频移能力，可以选用抗频移能力强的宽载波技术。无法改变LTE硬切换，可以探寻实现软切换的其他技术方向。研究发现，多协议标记交换(Multiprotocol Label Switching, MPLS)及其快速重路由(Fast Reroute，FRR)[6]技术，与抗多普勒频移的无线空口技术结合而成的移动MPLS系统，可实现无缝软切换，可抑制或基本消除快衰落，可实现高铁车地宽带大通道。

1 GSM-R及其硬切换技术适配高铁环境

中国高铁运营里程已超过35 000 km。GSM-R是高铁列控系统的数据承载网络，满足了高铁车地通信的要求。GSM-R采用硬切换，即“先断开、后切换”。文献[7]显示存在小于500 ms的切换缝隙，数据要丢包、业务要中断。文献[8-11]研究显示切换缝隙大于800 ms，GSM切换工程经验值3 s[12]以上。但该切换缝隙并不影响高铁的正常运行，原因在于：(1)列控系统有冗余机制，允许短时间中断；(2)GSM站间距远大于LTE站间距；(3)GSM-R抗频移能力强，可抵抗1 300 Hz[13]频移，高铁环境下最大频移584 Hz左右，所以车地信道呈现慢衰落特性，不易发生快衰落，乒乓切换也不易发生；(4)GSM-R相邻蜂窝采用不同频点，没有同频干扰，乒乓切换不易发生，GSM-R越区切换成功率>99.5%[14]。这些因素共同保证了基于硬切换的GSM-R的成功运营。

2 LTE及其硬切换技术无法适配高铁环境

LTE采用硬切换[15]，切换过程包含测量、上报、判决和执行，“执行”过程完成后进行“切换完成”过程，用于IP地址更新。与GSM-R硬切换相同，LTE亦存在切换缝隙，切换期间数据要丢包、业务要中断。运营商LTE已成功商用10年，专网LTE-M已成功应用于地铁信号系统，1.8 GHz LTE-R也成功应用于朔黄运煤专线，这说明LTE及其硬切换可以适应上述环境。然而目前为止，还没有LTE-R高铁成功商用案例，显然，高速环境对LTE通信性能造成了重大影响。

LTE最大允许频移450～900 Hz[13]，350 km/h高铁环境下，450 MHz频段最大频移292 Hz，1.8 GHz频段最大频移1 166 Hz，2.6 GHz频段最大频移1 686 Hz。只有450 MHz频段的频移低于容限，表现为慢衰落特性，其他高频段频移均大于容限，表现为快衰落特性。LTE在1 ms子帧内就会发生快衰落[16]，50 ms硬切换期间，会发生几十次20～40 dB幅度的快衰落[12]，乒乓切换难于抑制或避免。LTE采用同频组网，切换区内电平差很小，为抑制乒乓切换，只能增大切换迟滞时间(缺省为320 ms)，副作用是人为地延长了硬切换周期，整体切换时间远远大于50 ms。中国移动LTE高铁专网漫游切换区长达300 m以上，区域内带宽低，丢包率高。通常采用12小区合并为1个超级小区技术减少漫游切换次数，但并没有解决硬切换问题，没办法抑制快衰落。LTE硬切换技术是完善和成熟的，但无法适配高铁环境，这是LTE硬切换的技术局限或弱点。

3 高铁环境需要软切换及相关技术来适配

(1) 高铁车地通信需要宽载波技术。高铁车地属于典型的多普勒环境。多普勒效应[17]包括：频移后的接收信号频率与本振频率存在偏差，造成信号解调性能严重下降；车地信道变为快时变衰落信道，信道相干时间变小，但接收端的信道估计计算速度无法匹配信道衰落速度，造成符号检测性能严重下降，误比特率变大。多普勒频移与频率和车速成正比，频段较低，频移较小。但是低频段的频率资源极度紧张，不易申请和获取。频移主要与车速和频率等外在因素相关，归一化多普勒频移不仅与外在因素相关，还与内在的空口技术紧密相关，比如子载波宽度。LTE采用15 kHz子载波，载波较窄，需要严格的时间同步和频率同步，抗频移能力弱。GSM-R采用200 kHz载波，载波较宽，抗频移能力强。尽管OFDM的共同缺陷是抗频移能力弱，但宽载波OFDM的抗频移能力相对较强，所以高铁车地宽带通信应基于宽载波OFDM空中接口。

(2) 高铁车地通信需要实时的信道估计算法。信道估计既要准确，又要计算迅捷，这本身是矛盾的。车地信道相干时间小于1 ms，完成信道估计不能大于1 ms，否则不可能表现出最佳性能。

(3) 高铁车地通信要尽量避免同频组网。高铁链状拓扑同频干扰影响邻区，也跨邻区干扰，甚至通过大气波导干扰。

(4) 高铁车地通信需要软切换。LTE 50 ms硬切换缝隙内会发生多次快衰落，无法抑制兵乓切换，链路层硬切换完成后还需要进行业务层的IP恢复，同频组网需要加大切换迟滞时间，实际上又延长了切换周期，降低了通信性能。高铁车地通信需要软切换，消除切换缝隙，降低快衰落引起的乒乓切换发生的概率，再结合宽载波技术后，可抑制快衰落，消除乒乓切换。

高铁环境给移动通信提出了真正的挑战，主要原因是移动通信在制定规范和标准时，并没有专门考虑高铁高速场景。3GPP关于LTE的移动性定义：最佳性能速度为0～15 km/h，较好性能速度为15～120 km/h，120～350 km/h速度时保持连接而不掉线。高铁速度下无法展现最佳性能是符合3GPP标准的。所以需要另外寻找LTE以外的技术方案解决高铁车地宽带通信问题。

4 高铁移动切换技术的发展

移动切换技术是高铁车地通信的一个重要技术瓶颈。移动通信技术从1G发展到5G，只有CDMA采用了软切换，其他均采用了硬切换。但是CDMA无法解决带宽通信的问题，所以只能立足于4G和5G所采用的硬切换技术来研究和探讨高铁移动切换技术的发展方向，客观分析4G和5G硬切换特点，定位其无法适配高铁的弱点，从而探寻出新的正确方向和合适的技术策略来解决问题。

4G和5G应对高铁切换问题的办法是合并小区，目前支持最大12个小区的合并，如果能够支持上千个小区的合并，就可以组建覆盖整条高铁线路的超级逻辑小区，也就无需漫游切换，这就是云无线接入网(Cloud-Radio Access Network, C-RAN)，但在高铁线路上是不可能的。中国信息通信研究IMT-2020(5G)推进组发布了5G承载需求白皮书[18]，前传接口需满足3个技术指标：(1)带宽需求，4G的CPRI接口带宽>n×2.5 Gbps，5G的eCPRI接口带宽>n×25 Gbps；(2)前传时延指标要求<100 μs，光纤长度一般不能超过10 km；(3)4G和5G的前传时间同步要求<3 μs。显然C-RAN架构对传输要求极高，只适合小范围内组网要求，不适合高铁线路组网需求。因此，大于12个小区的超级小区合并技术面临承载技术无法支持的限制。4G和5G硬切换流程，逻辑严密，技术完善，只存在优化空间，不存在显著提升空间。总之，4G和5G硬切换解决高铁切换问题并没有显著的发展和提升空间。

4G和5G在高铁环境下基本上采用了集中化的切换管理思想，包括水平方向的集中化和垂直方向的集中化。超级小区合并技术极力扩大单小区地理覆盖范围，减少切换次数，属于水平方向的切换集中化管理。基站和核心网的移动性管理实体主导着链路切换过程，核心网网关实体主导着业务切换过程。切换过程包括链路切换和业务切换，先链路后业务，缺一不可，这属于垂直方向的切换集中化或一体化管理。这是4G和5G切换技术的典型特点，但切换太慢，无法适配高铁的高速度，无法取得与低速度环境下一样或接近的车地通信性能。提升切换速度尤为关键，而集中化的切换管理，意味着低效，意味着切换时间长。因此应该反其道而为之，采用非集中化的切换管理，才可能实现快速切换。在水平方向实施分布式切换，放弃小区合并技术，使切换限制于一个基本小区，即仅与高铁车体发生关联的地面小区及其相邻小区有关，与其他小区无关，与车内网络无关，与地面网络无关，目的是极小化切换涉及的网元数量，为极简的高效切换创造条件。在垂直方向进行功能分离或解耦：一是使链路切换过程由移动路由器发起和主导，代替4G和5G网络主导的切换，目的是放弃4G和5G标准的复杂的冗长切换流程，新建极简切换流程，实现快速切换；二是通过标准的承载技术对一体化的链路切换过程和业务切换过程进行功能分离或解耦，使高铁切换过程限制在物理层和链路层切换层面，不需要涉及上层网络，目的也是构建极简切换流程，实现快速切换；三是把链路切换问题转化为路由保护问题，链路切换一般只能构建硬切换环境，但利用快速路由保护技术可实现软切换，目的是消除切换缝隙，抑制乒乓切换，解决硬切换无法解决的问题；四是利用双层承载技术，实现业务层与高铁漫游切换过程无关，取消业务切换过程，目的是实现业务无损、无感的切换。基于上述思想实现高铁漫游切换，只能借助于MPLS及其系列技术。MPLS是与物理层技术无关的承载技术，可与光纤技术融合，也可与无线技术融合，当然也可与抗频移能力强的无线技术融合。所以移动MPLS系统既解决了软切换问题，又同时提高了抗频移能力，适配高铁环境，这是LTE自身无法解决的问题。

5 基于MPLS的高铁移动软切换技术

5.1 MPLS技术

MPLS已广泛应用于承载网络，中国电信CN2采用MPLS承载综合业务[19-20]。FRR可以对节点和链路进行快速地保护切换[21-24]，CN2核心节点间采用FRR实现了50 ms保护切换。FRR触发的前提是主用路由断开，然后切换到预先配置好的备用路由，“先断开、后切换”，与LTE硬切换基本类似。MPLS源于有线网络，链路稳定可靠，为避免链路中断或节点中断而设计了FRR，可满足运营需求，根本不需要“先接通、后断开”式的软切换。因此，需要对MPLS进行移动化改造并且拓展其他功能，才有可能实现车地通信软切换。

5.2 MPLS移动化改造的技术挑战

有线网络环境，FRR通过双向转发检测(Bidirectional Forwarding Detection，BFD)技术检测UDP报文来判断链路的通断，有线链路稳定，只有链路断开或节点故障的情况下才触发启动FRR。无线网络具有时变特性，始终变化，高铁车地链路更是瞬息万变。BFD可识别报文但不能识别和处理物理层信号变化，不能及时精准地跟踪、测量无线信道的劣化，在劣化的早期阶段，带宽下降，但丢包率并没有明显的劣化。所以BFD和FRR只能用于有线网络的被动切换保护，不能用于可管、可控的主动的漫游切换或移动性切换。高铁环境需要利用移动通信技术取代BFD功能改进MPLS路由器，助力FRR由被动切换变为主动切换。

高铁车地网络是一个庞大的MESH网络。移动路由器从一个地面路由器漫游到下一个地面路由器时，整个MESH拓扑将发生改变，所有MPLS路由器的路由表必须进行更新。然而地面网络规模庞大，路由表也庞大，实际更新时间是漫长的，是不可能实现快速漫游切换的。高铁环境要求涉及漫游切换的路由器的路由表最小化。

MPLS技术支持数据包的快速路由，但并不支持移动性应用[25]。高铁车地信道为快速时变衰落信道，50 ms FRR时间内可能会发生多次快衰落，因而无法抑制或避免乒乓切换。高铁环境需要毫秒级的快速切换。

总之，把标准MPLS及FRR技术移植和拓展应用到高铁车地环境，需解决以下问题：(1)实现由被动切换升级到主动切换，消除切换缝隙；(2)MPLS路由器无线侧路由表最小化，使路由更新时间最小化；(3)消除业务恢复时间。总之，目的是把业务感知的整体切换缝隙降低到最小，可以抑制乒乓切换。

5.3 网络重构创建车地通信硬切换环境

高铁车地通信网络，根据功能不同分为3个子网：地面固定网络-100、车内固定网络-200、车地网络-300。采用网关进行隔离，所有跨越不同子网的流量均通过网关转发，实现子网独立，互不影响。地面路由器A和B分别为主、备固定网关，用于隔离地面固定网络-100和车地网络-300。移动路由器M尾和M头分别为主、备移动网关，用于隔离车地网络-300和车内网络-200。网络隔离完成后，互不影响、互不牵制。高铁行驶时唯一变化的是车地网络-300，而其他2个子网不受影响。这时高铁的漫游问题就转化为车地网络-300的主备链路保护问题，由FRR完成，“先断开、后连接”，属于硬切换，见图1。网关路由器无线侧的路由表实现最小化，只有一条路由，尚不能满足高铁软切换要求，还需进一步改进。

5.4 MPLS移动化改造创建车地通信软切换环境

BFD技术，一个标准化的与介质和上层协议无关的快速故障检测机制，通过UDP报文检测链路的通断，提供毫秒级检测。UDP报文未收到就触发FRR切换到备用链路，典型切换时间小于50 ms，属于硬切换，也可称为被动式的切换。UDP报文收不到，没有办法只能被动地切换到预先设置的备份链路。显然基于BFD检测的FRR无法满足高铁需求，高铁需要主动式的链路切换以消除50 ms切换缝隙。

光纤链路稳定可靠，当光纤中断时，BFD感知中断，触发FRR，保护承载的数据。车地为快速时变衰落无线信道，瞬息万变。但是，高铁为链状拓扑，是标准蜂窝网络的一种特殊拓扑，无线信道的衰落是有规律的，是可以预测的，车地链路既有缺点也有优点。移动通信技术可以及时、精准地跟踪、测量无线信道参数。在信道劣化的早期阶段，带宽开始下降，但丢包率并没有明显的劣化，依然可利用。根据测量结果，可以主动地接入到备用链路，主动地实现MPLS数据包的疏导，代替BFD被动切换模式。这样利用移动通信技术就实现了FRR技术的改进，把移动通信物理层信号测量技术与FRR技术结合起来。设置物理层无线参数的切换阈值，网关路由器无线接口，设置主动的周期性链路测量功能，满足阈值条件后，既有链路保持不变，继续通信。同时启动备用无线链路测量，符合判决标准后，先建立新连接，MPLS数据包将开始通过新链路、新路由疏导，然后再断开原有链路，实际上断开之前原来的无线链路上已经没有MPLS数据包需要传送了，所以MPLS数据包在切换过程中并不会丢失，实现业务的无损切换。“先连接、后断开”，实现软切换。

MPLS路由器，不同WAN口连接不同网线或光纤，物理介质天然隔离，互不影响。但移动MPLS路由器，不同无线WAN口均依赖同一个自由空间，无法天然隔离，只能采用频率隔离，采用不同的频段或不同的无线信道进行隔离。双无线MPLS路由器，存在着单点故障的隐患，而采用2台独立的单无线MPLS路由器则可以避免单点故障的隐患。在高铁车地通信系统中，鉴于车头和车尾要分别安装独立的路由器(M头、M尾)，2台互连的路由器可以共同形成独立的车地主备双路由，车头路由和车尾路由进行主动的冗余保护。见图2。

5.5 基于MPLS的车地通信软切换流程

主备路由切换过程引用了移动通信的标准切换流程，包括切换测量、切换判决和切换执行3个阶段。

切换测量阶段：

(1) 检索当前移动网关M尾和固定网关A之间的无线链路质量，低于标准或阈值，进入下一步。

(2) 扫描备用路由M头和备用固定网关B之间的无线链路质量，完成后进入下一步。

切换判决阶段：

(3) 判断备用路由链路质量，若优于既有路由，启动切换流程，通知M头将作为移动网关。

切换执行阶段(先接通、后断开)：

(4) M头将向路由器B发出切换请求消息REQ。

(5) 路由器B响应请求，发送响应消息RES到M头，同时发送NOTIFY消息到路由器A。

(6) M头收到RES消息后，向M尾发送NOTIFY消息(“先接通”完成)。

(7) 断开M尾和固定网关A之间的无线链路(“后断开”完成)。

“切换执行”过程的信息交互过程见图3。

切换涉及的移动路由器M尾需在收到“NOTIFY”消息后进行MPLS路由表更新，与之唯一关联的路由器是移动路由器M头，即只需更新一条路由信息。切换涉及的路由器A的无线侧在收到“NOTIFY”消息后要进行MPLS路由表更新，与之唯一关联的路由器是路由器B，即只需更新一条路由信息。总之，MPLS路由表更新前后，MPLS数据包均可以正常从主用或备用路由转发，影响数据包转发的时间是原主用固定网关无线侧MPLS路由表更新时间和原主用移动网关MPLS路由表的更新时间。

利用MPLS移动化改造实现“先接通、后断开”软切换，保证数据不丢包、业务不中断；整个切换过程不涉及地面网络，不涉及其他车地移动网络，仅限于车地移动网络-300的主备无线链路之间；固定网关和移动网关之间的握手协议只有一次交互，极其简单，主备固定网关只有一条消息，主备移动网关之间也只有一条消息，所以网络重构后的车地无线网络的漫游切换时间在毫秒级以下并不困难，远小于LTE的50 ms硬切换和FRR的50 ms路由保护切换。毫秒级漫游切换在轨道交通应用时可以实现，在运营商蜂窝网络无法实现，这是基于对轨道交通车地通信独特特性及天然优势的充分认识和正确理解，也是源于对移动通信、MPLS、FRR以及网络重构等技术的正确利用。总之，交叉利用和融合不同技术，实现软切换，达到了缩小切换缝隙的目的。

5.6 MPLS标签堆栈实现业务承载和漫游切换之间的解耦

MPLS实际上就是为不同的IP局域网之间搭建面向连接的逻辑隧道，所有承载的语音、数据、视频和广播等IP业务，进入MPLS隧道后将携带不同的MPLS标签，MPLS路由器仅根据标签进行快速地路由转发，可达到L2层交换机的转发速度，并且还可以快速地进行链路或节点冗余保护。MPLS支持运营级服务质量(QoS)[26]，根据不同业务类型映射到不同的EXP(3bit位，支持8种QoS定义)，端到端QoS。从综合业务的角度看，MPLS是最佳承载技术。

标签堆栈技术，主要用来解决MPLS多层网络的问题。在高铁车地通信系统中，使用双层标签进行堆栈，内层标签用于封装不同的IP承载业务，构建从车载路由器到控制中心核心路由器之间的内层MPLS网络，承载业务；外层标签用于二次封装MPLS数据包，构建从车载路由器到地面轨旁路由器之间的外层MPLS网络。通过双层堆栈技术实现业务承载和漫游切换之间的解耦，见图4。

5.7 内层标签消除漫游切换后的IP业务恢复过程

LTE的硬切换，在“切换执行”过程完成后，还有“切换完成[15]”过程，用于IP的业务恢复。在“切换完成”过程中，无线链路的切换已完成，但是业务的切换还没有完成，此时业务并不通。LTE通常讲的50 ms切换时间是指链路的切换时间，并不是包含业务层面在内的整体切换时间，业务恢复另外需要时间，整体切换时间大于50 ms，中国移动4G高铁专网的整体切换时间远远大于50 ms。

MPLS封装IP数据包为携带标签的MPLS数据包，IP数据包进入车载移动路由器-M或从反向进入中心核心路由器-O后，被封装为带有标签的MPLS数据包。经过车地网络完成漫游切换后，相关MPLS路由器的路由表需要更新，IP数据包的IP地址不需要更新。通过MPLS内层标签的封装，实际上构建了端到端的MPLS隧道，实现漫游切换与IP业务无关，与IP地址无关，业务对漫游切换与否没有任何感知。通过上述办法做到了无线MPLS链路完成切换的瞬间，业务切换也同步完成，彻底消灭了“切换完成”过程，整体切换时间就等于链路切换时间。

5.8 外层标签使漫游切换后的MPLS路由表更新在毫秒内完成

采用MPLS双层标签堆栈技术，内层标签负责封装承载的各种IP业务，为IP业务构建端到端内层MPLS隧道；外层标签负责二次封装通过车地网络的MPLS数据包，为内层MPLS隧道在通过车地之间时构建外层MPLS隧道。例如，列控CTCS系统和乘客信息系统(Passenger Information System, PIS)，PIS车载设备通往PIS服务器的IP数据包，在进入移动路由器M尾后，路由器根据数据包的IP地址，首先建立一条通往MPLS核心路由器O的隧道(LSP内)，IP数据包被封装为MPLS数据包，携带标签Label内层；其次建立通往固定网关路由器A的隧道，MPLS数据包的外部继续封装标签Label外层，这样在车地之间就完成了双层隧道的构建。同样道理，反向数据包，即从PIS服务器通往PIS车载设备的IP数据包，在地车之间也构建双层隧道。外层车地MPLS网络，通过上文提到的“先接通、后断开”软切换方式，消除主备车地隧道的切换缝隙，业务切换也同步完成。但是切换完成后，车地网络包含的备用固定网关和备用移动网关的无线侧路由表需分别进行更新，主用网关将发送一条消息NOTIFY到备用网关，根据NOTIFY更新路由表，该路由表只有1条路由，路由更新毫秒时间内完成见图5。

6 MPLS软切换高铁车地宽带通信系统

高铁车地网络与运营商移动网络存在差异性，通过网络重构手段简化网络，为应用MPLS创造条件。利用移动通信技术改进MPLS和FRR，使之支持移动化，构建“先接通、后断开”软切换环境；利用双层标签堆栈技术实现功能分离或解耦，使IP业务对切换无感知、IP业务不中断，切换完成后IP业务不需要恢复、IP地址不需要更新。综合利用上述技术实现毫秒级漫游软切换，可基本消除切换缝隙，实现稳定可靠的车地宽带通信。

选择OFDM宽子载波技术，比如200 kHz、300 kHz，甚至更宽的单载波技术，协调好多普勒频移和多径时延的关系，可大幅降低高铁车地信道衰落速度，可为高铁拓展更多可用频段资源，抑制多普勒影响，实现车地宽带通信。

“先接通、后断开”模式允许异频组网，并不影响快速切换效果，避免了同频组网自干扰，大幅缩小切换区域，减少邻区干扰，提高边界带宽，抑制乒乓切换的影响，实现车地宽带通信。

既有的移动通信信道估计算法，突出问题是计算速度太慢，无法同步车地信道的时变性，利用人工智能和机器学习技术可显著提高信道估计的实时性和准确性，大幅提高带宽能力，实现高铁车地宽带通信。

在列车速度350 m/h环境下，构建稳定可靠的车地宽带大通道，必须要解决与高速直接相关的几大问题，即快速漫游切换、容忍多普勒频移、实时信道估计以及同频干扰。制定LTE标准时并没有把高速移动场景作为典型场景，所以无法兼顾多径和高速场景，上述几大问题没有根本的解决办法。其实这不是LTE本身的问题，只是LTE技术的局限性。LTE的先进性、标准化和产业化的成功不容置疑。在推广使用LTE时一般认为LTE是万能的，容易忽视LTE与高铁环境的不匹配性，在高铁环境使用LTE是“扬短避长”。中国铁路一直希望LTE-R可以升级替代GSM-R网络，然而LTE-R在列车速度350 km/h环境下，带宽低，丢包率高。其实并不需要颠覆性技术，只要立足高铁环境，以问题为本，选择合适的先进、成熟技术，进行组合创新和应用创新，可构建基于移动MPLS软切换的高铁车地宽带通信系统。

7 MPLS软切换高铁车地宽带通信系统验证

MPLS软切换技术于2017年首先在圣彼得堡地铁试验成功，目前6条线路合计里程380 km，已经全部实现运营。2019年莫斯科14条地铁，合计里程480 km，线路开始全部采用MPLS软切换技术来实现对既有车地无线系统的升级换代。车地最低带宽250 Mbps以上，相对于LTE车地带宽提高10倍。不仅满足了地铁的综合业务需求，还满足了移动运营商地铁车厢内安装4G小基站所需的车地移动传输需求，构建了“移动光纤”品质的MPLS承载网络。

基于MPLS软切换的车地宽带通信系统成功完成高铁试验。试验在意大利米兰—都灵之间70 km的线路上进行，高铁机车型号为ETR500，运行速度300 km/h，设备安装在沿线GSM-R铁塔之上，不需要进入高铁线路进行施工，不会影响高铁的正常运营，与我国高铁线路和GSM-R等既有资源完全匹配。高铁试验效果与地铁保持一致，在列车速度300 km/h下，漫游切换数据不丢包、业务不中断，与LTE网络相比在车地带宽、综合业务的管理和疏导、用户体验等方面都有根本性的提高。试验证明，移动MPLS软切换及其关联技术可以有效地解决高铁车地宽带通信问题。

8 结束语

高铁环境给LTE提出了真正技术挑战，包括频移、硬切换、实时信道估计以及同频干扰等，在普通网络环境下不是问题，但在高铁环境下问题很突出、矛盾很尖锐，因而可称为高铁专门问题。MPLS经过移动化改造，可构建“先接通、后断开”软切换模式，可消除切换缝隙，可实现业务无损切换。结合宽载波无线技术和异频组网方式，借力于人工智能和机器学习技术实现实时地信道估计，就可以构建车地宽带大通道和值得信赖的MPLS车地承载网络，可有效地疏导和管理高铁车地综合多业务，还可与450 MHz LTE-R异构组网，在技术、频率、带宽、投资经济性等多方面互为补充和备份，为保障高铁的正常运行以及智能高铁建设提供新的技术选择。