표제지
목차
약어표 13
요약 19
Ⅰ. 서론 21
1. 연구 배경 21
2. 연구방법 23
Ⅱ. 철도무선통신망 24
1. 국내 철도무선통신망 현황 24
가. VHF(Very High Frequency) 방식의 주요 특징 24
나. TRS(Trunked Radio System)방식의 주요 특징 25
다. LTE-R(Long Term Evolution-Railway) 방식의 주요 특징 26
2. 국외 철도무선통신망 현황 30
가. 유럽 철도무선통신 30
나. 미국 철도무선통신 31
다. 중국 철도무선통신 31
라. 인도 철도무선통신 31
마. 대만 철도무선통신 32
바. 일본 철도무선통신 32
3. LTE-R 시스템에 대한 주요 성능검증 33
가. LTE-R 지상인프라 250Km/h 속도대역 무선통신 신뢰성 및 성능검증 33
나. LTE-R 지상인프라 300Km/h 속도대역 무선통신 신뢰성 및 성능검증 35
다. LTE-R 지상인프라 250Km/h 속도대역의 기후조건변화에 따른 무선통신 전송속도 측정 36
라. LTE-R 지상인프라 300Km/h 속도대역의 기후조건변화에 따른 무선통신 품질측정 38
Ⅲ. 한국형 열차제어시스템(KTCS-2) 40
1. 국내 열차제어시스템 현황 40
가. 열차자동정지장치(ATS) 40
나. 열차자동방호장치(ATP) 40
다. 열차자동제어장치(ATC) 41
라. 무선통신기반 열차제어시스템(CBTC) 41
2. 국외 열차제어시스템 현황 42
가. 유럽 표준 열차제어시스템(ETCS) 42
나. 중국 열차제어시스템(CTCS) 45
다. 스웨덴 열차제어시스템(ETCS) 47
라. 스페인 열차제어시스템(ETCS) 47
마. 벨기에 열차제어시스템(ETCS) 48
바. 일본 열차제어시스템 48
3. 한국형 열차제어시스템(KTCS-2) 49
가. RBC~CTC간 인터페이스 50
나. RBC~RBC간 인터페이스 52
다. RBC~EIS간 인터페이스 54
라. RBC~KVC간 인터페이스 56
4. 한국형 열차제어시스템(KTCS-2) 성능검증 58
가. 현장시험전 통합시험설비 상호운용성 검증 58
나. 호남고속선(시험선) 현장시험 60
다. 경강선(시험선) 현장시험 60
Ⅳ. LTE-R과 KTCS-2간 신호연계 연동기술 63
1. 연동기술 개요 및 필요성 63
가. LTE-R과 KTCS-2간 통신프로토콜 64
나. 인터페이스 구성도 66
다. 멀티캐스트(Multicast) 전송방식 67
라. 철도통합무선망(LTE-R)과 열차제어시스템(KTCS-2) 연동관련 IP 할당방안 68
2. LTE-R 시스템 QoS 제어구조 69
가. GTP Tunnel과 EPS Bearer & SDF 개요 70
나. EPS Session/Bearer Identifier 개요 71
다. Initial Attach를 통한 EPS Entity Information 73
라. LTE QoS 제어 파라메터 74
마. QCI(Quality Class Indicator)와 DSCP(Differentiated Service Code Point)의 Mapping 76
3. KTCS-2 신호연계 LTE-R QoS 확보방안 80
가. LTE 시스템의 QoS Provisioning 80
나. 열차제어신호 QoS 할당방안 82
다. QCI 우선순위 할당 시험 83
4. LTE-R 연동기반 KTCS-2 정적시험 84
5. LTE-R 연동기반 KTCS-2 동적시험 88
Ⅴ. 철도통합무선망(LTE-R)과 열차제어시스템 (KTCS-2)간 현장 연동시험 93
1. 연동시험 개요 93
2. 열차제어데이터의 전송 지연시간 시험 94
3. 열차제어데이터의 수신 성공률 시험 98
4. 데이터 서비스 우선순위 제어 시험 102
Ⅵ. LTE-R과 KTCS-2간 연동 시설물검증시험 110
1. 시설물검증시험 개요 110
2. 열차제어데이터의 전송 지연시간 검증시험 111
3. 열차제어데이터의 수신 성공률 검증시험 114
4. 데이터서비스 우선순위 제어 검증시험 117
Ⅶ. 결론 120
참고문헌 122
ABSTRACT 126
(표 2-1) VHF 채널별 사용 현황 25
(표 2-2) TRS 채널별 사용 현황 26
(표 2-3) 기존 철도무선통신과 LTE-R 비교 27
(표 2-4) 철도통합무선망(LTE-R) 관련 TTA 표준제정 내역 28
(표 2-5) 국외 철도무선통신망 현황 33
(표 2-6) LTE-R 지상인프라 250Km/h 속도대역 성능검증 결과 34
(표 2-7) 지상인프라 300Km/h 속도대역 전송속도 측정결과(기준: 하향 2Mbps/상향 1Mbps) 36
(표 2-8) 지상인프라 300Km/h 속도대역 SINR 측정결과(기준: -5dB이상) 36
(표 2-9) 혹한기 지상인프라 테이터 전송속도 측정결과 (기준: 하향 2Mbps/상향 1Mbps) 37
(표 2-10) 혹한기 지상인프라 신호 대 간섭 및 잡음비(SINR) 측정결과 (기준: -5dB이상) 37
(표 2-11) 혹서기 지상인프라 테이터 전송속도 측정결과 (기준:하향 2Mbps/상향 1Mbps) 37
(표 2-12) 혹서기 지상인프라 신호 대 간섭 및 잡음비(SINR) 측정결과 (기준: -5dB이상) 38
(표 2-13) 혹한기 지상인프라 테이터 전송속도 측정결과 (기준: 하향 2Mbps/상향 1Mbps) 38
(표 2-14) 혹한기 지상인프라 신호 대 간섭 및 잡음비(SINR) 측정결과 (기준: -5dB이상) 39
(표 2-15) 혹서기 지상인프라 테이터 전송속도 측정결과 (기준:하향 2Mbps/상향 1Mbps) 39
(표 2-16) 혹서기 지상인프라 신호 대 간섭 및 잡음비(SINR) 측정결과 (기준: -5dB이상) 39
(표 3-1) ETCS Level별 특징 44
(표 3-2) CTCS Level별 특징 46
(표 3-3) 제어방식에 따른 열차제어시스템 분류 48
(표 3-4) 국내 열차제어시스템 구축 현황(총 3,666Km) 49
(표 3-5) ETCS Subset-076 사양 58
(표 3-6) 호남고속선(시험선) 세부 시험항목 60
(표 3-7) 강릉선(시험선) 세부 시험항목 61
(표 3-8) KTCS-2 개발 컨소시엄 동적시험 결과 62
(표 4-1) QoS 파라미터 81
(표 4-2) 서비스별 QoS 할당방안 83
(표 4-3) 두자리수 QCI 우선순위 시험환경 84
(표 4-4) 두자리수 QCI 우선순위 시험결과 84
(표 4-5) 정적시험 세부항목 85
(표 4-6) 정적시험 결과 88
(표 4-7) 동적시험 항목 89
(표 4-8) 동적시험 결과 92
(표 5-1) KTCS-2 연동 현장시험 평가항목 93
(표 5-2) 열차제어데이터의 전송 지연시간 측정방법 94
(표 5-3) 측정 장비 94
(표 5-4) 열차제어데이터의 전송 지연시간 측정 시나리오 95
(표 5-5) 열차제어데이터의 전송 지연시간 시험환경 구성 96
(표 5-6) 열차제어데이터의 전송 지연시간 측정결과 96
(표 5-7) 시험호별 분포도 세부내역 97
(표 5-8) 열차제데이터의 수신 성공률 측정방법 98
(표 5-9) 측정 장비 98
(표 5-10) 열차제어데이터의 수신 성공률 측정 시나리오 99
(표 5-11) 열차제어데이터의 수신 성공률 시험환경 구성 100
(표 5-12) 열차제어데이터의 수신 성공률 측정결과 100
(표 5-13) 데이터 서비스 우선순위 제어 시험방법 102
(표 5-14) 측정 장비 102
(표 5-15) 데이터 서비스 우선순위 제어 시험 시나리오 103
(표 5-16) 데이터 서비스 우선순위 제어 시험 측정결과 104
(표 5-17) 시험호별 분포도 세부내역 104
(표 5-18) 유형별 전파환경(RSRP) 분포도 - M1(차상장치) 10 Mbyte 105
(표 5-19) 유형별 전파환경(RSRP) 분포도 - M1(차상장치) 20 Mbyte 106
(표 5-20) 유형별 전파환경(SINR) 분포도 - M1(차상장치) 10 Mbyte 107
(표 5-21) 유형별 전파환경(SINR) 분포도 - M1(차상장치) 20 Mbyte 108
(표 6-1) 전라선 시설물검증 시험항목 110
(표 6-2) 전라선 시설물검증 시험결과 111
(표 6-3) 열차데이터의 데이터 전송 지연시간 시험방법 112
(표 6-4) 열차데이터의 데이터 전송 지연시간 시험결과(정상상태) 113
(표 6-5) 열차데이터의 데이터 전송 지연시간 시험결과(비정상상태) 114
(표 6-6) 열차데이터의 수신 성공률 시험방법 114
(표 6-7) 열차데이터의 데이터 수신 성공률 시험결과(정상상태) 116
(표 6-8) 열차데이터의 데이터 수신 성공률 시험결과(비정상상태) 116
(표 6-9) 데이터서비스 우선순위 제어 방법 117
(표 6-10) 데이터서비스 우선순위 제어 시험결과 119
그림 2-1. 철도통합무선망(LTE-R) 시스템 구성도 29
그림 3-1. ETCS Level 1 개념도 43
그림 3-2. ETCS Level 2 개념도 43
그림 3-3. ETCS Level 3 개념도 44
그림 3-4. ERTM/ETCS 개발체계 45
그림 3-5. CTCS Level 3 시스템 구조 46
그림 3-6. KTCS-2 인터페이스 구성도 및 장치 50
그림 3-7. RBC~CTC간 물리적인 통신 인터페이스 51
그림 3-8. RBC~CTC간 인터페이스 통신 프로토콜 스택 51
그림 3-9. RBC~CTC간 메시지 흐름 52
그림 3-10. RBC~RBC간 물리적 인터페이스 53
그림 3-11. RBC~RBC간 인터페이스 통신 프로토콜 스택 53
그림 3-12. RBC~RBC간 메시지 흐름 54
그림 3-13. RBC~EIS간 인터페이스 구성도 55
그림 3-14. RBC~EIS간 메시지 프레임 구조 56
그림 3-15. RBC~KVC간 인터페이스 구성도 56
그림 3-16. 데이터 전송을 위한 메시지 흐름도 57
그림 3-17. 통합시험설비 구성도 59
그림 3-18. 통합시험실 구축 사진 59
그림 4-1. ETCS over GSM-R and LTE-R 64
그림 4-2. TCP/IP 프로토콜 및 전송계층의 TCP/UDP 비교 64
그림 4-3. ETCS Level 2 기반 OBU-RBC간 통신구성도 65
그림 4-4. LTE-R과 KTCS-2간 인터페이스 구성도 66
그림 4-5. GRE IPsec 예시 68
그림 4-6. 모든 대상장치에 IP할당 69
그림 4-7. LTE-R 연동장치만 IP할당 69
그림 4-8. 상향링크와 하향링크의 터널구성 70
그림 4-9. 서비스 트래픽의 구분 71
그림 4-10. Session/Bearer ID 73
그림 4-11. 초기 접속 절차 74
그림 4-12. SDF와 EPS Bearer의 QoS 파라메터 76
그림 4-13. IETF DSCP Info 79
그림 4-14. 패킷드롭 우선순위 80
그림 4-15. QoS Provisioning 81
그림 4-16. 서비스별 QoS 할당방안 83
그림 4-17. 정적시험 구성도 86
그림 4-18. 시험구성도 및 시험품목 87
그림 4-19. 동적시험 구성도 89
그림 4-20. 호남고속선 시험선 시험절차 구성도 90
그림 4-21. 통합시험설비 구성 91
그림 4-22. 결과화면 예시(Level 2 → Level 1) 92
그림 5-1. 열차제어데이터의 전송 지연시간 시험 구성도 95
그림 5-2. 시험호별 분포도 통계분석 97
그림 5-3. 열차제어데이터의 수신성공률 시험구성도 99
그림 5-4. 열차제어데이터의 수신성공률 측정결과 통계분석 101
그림 5-5. 데이터 서비스 우선순위 제어 시험구성도 103
그림 5-6. 유형별 전파환경(RSRP) 분포도 - M1(차상장치) 10 Mbyte 106
그림 5-7. 유형별 전파환경(RSRP) 분포도 - M1(차상장치) 20 Mbyte 107
그림 5-8. 유형별 전파환경(SINR) 분포도 - M1(차상장치) 10 Mbyte 108
그림 5-9. 유형별 전파환경(SINR) 분포도 - M1(차상장치) 20 Mbyte 109
그림 6-1. 열차데이터의 데이터 전송 지연시간 시험환경 구성 112
그림 6-2. 열차데이터의 수신성공률 시험환경 구성 115
그림 6-3. 데이터서비스 우선순위 제어 시험 구성도 118