작성자: Marcel Kicken, Ericsson Switzerland 기획 및 디자인 책임자
철도 부문은 GSM-R(Global System for Mobile Communications - Railway)에서 FRMCS(Future Railway Mobile Communication System)로 전환하면서 중추적인 변화를 겪고 있습니다. 이러한 변화는 세대별 기술 업그레이드 그 이상을 의미합니다. 이는 완전 디지털 고성능 철도 운영의 요구 사항을 충족하기 위해 미션 크리티컬 철도 통신 네트워크가 어떻게 구상, 규모화 및 배포되는지에 대한 전략적 점검입니다.
2G 셀룰러 기술에 기반을 둔 GSM-R은 수십 년 동안 음성 및 제한된 데이터 서비스를 안정적으로 지원해 왔습니다. 이와 대조적으로 FRMCS는 차세대 철도 운영을 위해 광대역, 짧은 대기 시간 및 매우 안정적인 연결을 제공하도록 설계된 5G 아키텍처를 기반으로 구축되었습니다. 이러한 발전은 실시간 예측 유지 관리 및 고화질 비디오 감시부터 자율 열차 제어 운영에 이르기까지 네트워크 성능, 신뢰성 및 가용성에 대한 상당한 요구를 제기하는 기능을 뒷받침합니다.
FRMCS의 치수화는 단지 적용 범위 및 용량 계산 이상으로 확장됩니다. 이는 네트워크가 적용 범위, 처리량, 가용성 및 안정성에 대한 엄격한 목표를 지속적으로 충족하도록 보장하는 다단계 서비스 중심 프로세스입니다. GSM-R의 상대적으로 간단한 설계 모델과 달리 FRMCS 네트워크는 빔 형성 및 MIMO 이득, 열차 속도가 (핸드오버) 성능에 미치는 영향, 안전이 중요한 애플리케이션에 대한 탄력성과 같은 기술 향상을 사용하여 스펙트럼 효율성을 설명하는 통합 무선 계획 접근 방식을 요구합니다.
비용에 미치는 영향은 상당합니다. FRMCS 배포에는 상당한 자본 투자가 필요하며, 자산 사용을 최적화하고, 병목 현상이나 과도한 크기 조정을 방지하고, 마이그레이션 기간 동안 GSM-R과의 원활한 공존을 보장하려면 정확한 무선 네트워크 크기 측정이 필수적입니다. 여기에는 새로운 FRMCS 대역과 레거시 할당의 균형을 맞추는 정교한 스펙트럼 계획과 모바일 네트워크 사업자(MNO)와 관련된 잠재적인 공유 사용 전략이 포함됩니다.
즉, 철도 인프라 관리자의 경우 정확한 FRMCS 계획은 운영 안전과 서비스 연속성을 보호할 뿐만 아니라 미래 보장형 전환을 위한 비용 효율적인 배포 및 마이그레이션 전략을 위한 청사진 역할을 합니다. 철도 관련 역량과 AI 기반 도구는 GSM-R 자산을 최대한 재사용하고 공공 이동통신사와 공유 인프라를 통해 얻을 수 있는 최고의 잠재적 이점을 제공합니다.
GSM-R에서 FRMCS로: 패러다임 전환
GSM-R 계획이 적용 범위 및 간섭 관리를 중심으로 진행된 반면, FRMCS 계획은 밀집된 다중 선로 복도 및 역부터 열차가 300km/h에 도달하는 고속 노선에 이르기까지 다양한 운영 조건에서 엔드투엔드 서비스 품질을 보장하는 것입니다.
실제로 GSM-R 기술은 주로 패킷 데이터 전송이 제한된 음성 서비스용으로 설계된 유럽 철도의 안정적인 백본이었으며 다음과 같은 주요 특징을 가지고 있습니다.
- 900MHz 대역에서 작동
- 적용 범위 및 간섭에 따른 계획(수신 신호 레벨(RxLev) 및 반송파 대 간섭(C/I) 비율이라는 매개변수)
- 더 많은 주파수(반송파)를 추가하여 용량 확장
최적의 적용 범위를 보장하고 간섭을 관리하기 위해 GSM-R 네트워크 계획은 주파수 최적화를 신중하게 관리하는 데 중점을 둡니다.
이와 대조적으로 FRMCS는 5G 기반이며 다중 패킷 데이터 서비스(광대역 음성, 비디오 및 미션 크리티컬 데이터)용으로 설계되었으며 다음과 같은 다양한 고급 기능과 특성을 도입합니다.
- 900MHz 대역 및 1900MHz 대역에서 작동
- 적용 범위 및 안정성을 위한 고급 기능(예: 빔포밍, MIMO)
- 간섭 완화(사이트 배치, 안테나 기울기, 방위각 및 열차 속도 역학 고려를 통해)에 중점을 두고 처리량 요구 사항에 따라 계획합니다.
FRMCS에 치수 측정 키가 필요한 이유는 무엇입니까?
규모화는 제한된 스펙트럼의 제약을 고려하면서 네트워크가 용량, 가용성 및 신뢰성에 대한 성능 목표를 충족할 수 있는지 확인하는 프로세스입니다. FRMCS 치수 측정에는 여러 상호 의존적 요소의 신중한 균형이 필요합니다.
- 스펙트럼 사용, 기능 사용(예: 빔포밍), 철탑 특성(높이 등), 셀 간 거리와 같은 선로측 무선 네트워크 설계
- 중요 신호 데이터 전송(ETCS), 예측 유지 관리 트래픽, 실시간 비디오 전송과 같은 처리량 요구 사항
- 저속 입환장부터 시속 350km의 고속선까지 열차 속도 등 이동성
- 안전 관련 애플리케이션의 중요한 매개변수인 신뢰성과 이중화
서비스 수준 요구 사항, 안테나 매개변수, 전력 수준, 영향(셀 가장자리) 처리량 및 셀 간 거리를 모델링하는 FRMCS별 시스템 시뮬레이션을 적용하려면 정확한 전문 지식이 필요합니다. 이러한 시뮬레이션은 또한 무선 기지국과 운전실 무선 모두에 대한 열차 속도 성능 곡선과 특정 구성(MIMO/빔포밍)을 통합합니다.
고급 철도 무선 치수 측정 도구는 현실적인 시나리오에서 링크 예산과 용량을 계산하여 계획자가 치수 초과(불필요한 비용)와 과소 치수(안전 및 서비스에 대한 위험)를 모두 방지할 수 있도록 합니다.
디지털 철도 계획
5G FRMCS 철도 네트워크를 계획하려면 GSM-R보다 훨씬 더 전체적인 접근 방식이 필요합니다.
- 용량 증가는 단순한 채널 추가가 아닌 네트워크 밀도화를 통해 달성됩니다.
- 간섭 완화는 사이트 배치, 안테나 유형, 안테나 기울기, 방위각, 열차 속도 효과 등 다차원적으로 이루어집니다.
- 철도 관련 선로 계획은 필수적입니다. 확장 가능한 설정, 자동화를 위한 클라우드 기반 IT 플랫폼, FRMCS와 모바일 네트워크 운영자(MNO) 협력 모두에 맞춰진 시뮬레이션 환경
- 계획 프로세스의 전체 디지털 체인은 고해상도 철도 관련 지리 데이터, 보정된 전파 모델 및 AI 기반 최적화를 통합하여 정확성과 효율성을 보장합니다.
- 진화하는 산업 개발 및 표준화를 기반으로 한 계획 지침의 지속적인 업데이트로 FRMCS 배포가 미래에도 보장됩니다.
마이그레이션 입력으로서의 계획 및 치수화
철저한 FRMCS 계획의 가장 전략적인 이점 중 하나는 GSM-R 및 아날로그 시스템에서 가장 정확한 마이그레이션 경로를 형성하는 역할입니다.
실제로 치수 측정을 통해 다음과 같은 주요 전략적 접근 방식이 가능해졌습니다.
- 재사용할 수 있는 GSM-R, 모바일 네트워크 사업자 또는 아날로그 인프라(사이트, 타워, 백홀 링크 및 전원 공급 장치)
- 새로운 치밀화가 필요한 곳, 특히 역사, 조차장, 교통량이 많은 복도 주변
- 스펙트럼 사용 전략 - 해당되는 경우 잠재적인 공용 MNO(PMNO) 슬라이스와 자체 FRMCS 스펙트럼의 균형을 유지합니다.
- 단일 시골 노선부터 다중 트랙 고속 통로까지 다양한 트랙 범주에 대한 서비스 수준 요구 사항
- 전환 단계에서 안전한 공존을 가능하게 하는 이중화 및 신뢰성 모델
이러한 지식은 불필요한 비용을 방지하고 위험을 줄이며 운영 연속성을 보장하는 견고한 FRMCS 배포 및 마이그레이션 전략으로 해석됩니다.
GSM-R에서 FRMCS로의 마이그레이션은 일대일 무선 계층 업그레이드 그 이상입니다. 이는 계획 철학의 변화입니다. GSM-R의 적용 범위 및 주파수 기반 계획은 음성 및 제한된 데이터 요구 사항에 적합하지만 FRMCS는 다차원적인 처리량 중심 및 서비스 품질 중심 접근 방식을 요구합니다.
견고한 치수 측정부터 시작하고, 철도 관련 시뮬레이션 도구를 사용하고, 디지털 계획 환경을 수용함으로써 인프라 관리자는 과다 치수 및 과소 치수를 방지하고 엄격한 신뢰성 요구 사항을 준수하며 FRMCS의 잠재력을 최대한 활용할 수 있는 위치에 놓을 수 있습니다.
FRMCS가 약속, 즉 철도를 위한 안전하고 신뢰할 수 있으며 미래 지향적인 통신을 제공하려면 적절한 치수 측정 및 계획이 필수적입니다. 마찬가지로 중요한 것은 이러한 활동이 기존 GSM-R 및 아날로그 인프라를 활용하는 마이그레이션 전략의 기반을 제공하는 동시에 적절한 양의 선로변 무선 사이트를 확보하여 투자를 최적화한다는 것입니다.
이러한 의미에서 이는 FRMCS 배포 전략에서 효율적인 총 소유 비용의 초석일 뿐만 아니라 디지털 철도 운영 및 기가비트 열차로의 원활한 전환을 가능하게 하는 요소를 나타냅니다.
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