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표제지

목차

요약문 14

제1장 연구의 개요 30

제1절 연구의 목적 및 필요성 30

제2절 연구의 내용 및 범위 31

가. 국내ㆍ외 철도 통신망 현황 조사 32

나. 국가 철도전용 통합무선망 구축 필요성 분석 32

다. 국가 철도전용 통합무선망 기술 및 정책 환경 분석 32

라. 철도전용 국가 통합무선망 구축 효과 분석 33

제2장 국내ㆍ외 철도무선통신망 현황 분석 35

제1절 국내 철도무선통신망 인프라 현황 분석 35

1. 국내 철도무선통신망 사용 현황 35

2. 무선통신기반 열차제어시스템 현황 38

3. 국내 철도무선통신 인프라 운영 현황 40

4. 국내 철도무선통신 인프라 계획 42

5. 국내 철도무선통신 인프라의 문제점 44

제2절 해외 철도무선통신망 정책 및 인프라 동향 분석 46

1. 유럽의 철도무선통신 정책 및 인프라 동향 46

2. 아시아의 철도무선통신 인프라 63

3. 기타국의 철도무선통신 인프라 78

4. 해외 철도무선통신망의 특징 및 시사점 89

제3절 철도무선통신망 기술여건 분석 91

1. VHF(Very High Frequency) 91

2. 디지털 TRS-ASTRO 92

3. 디지털 TRS-TETRA 94

4. GSM-R 96

5. WCDMA 103

6. mobile WiMAX/WiBro 105

7. LTE/LTE-R 107

제4절 소결 : 현황 분석 시사점 118

제3장 국가 철도전용 통합무선망의 비전과 역할 121

제1절 철도안전 기술의 발전과 무선통신망의 역할 121

1. 중장기 미래 철도 운영 환경 및 철도 기술 발전 전망 121

2. 철도통신기술의 환경 변화와 미래 철도 무선통신기술 진화 방향 125

제2절 철도전용 통합무선망의 필요성 129

1. 철도무선통신망 요구사항 129

2. 통합무선망의 필요성 131

제3절 철도전용 통합무선망의 비전 및 역할 132

1. 비전 및 역할 132

2. 사업추진 기본 방침 134

3. 사업추진 체계 136

제4장 철도전용 통합무선망 기술대안 분석 137

제1절 기술대안별 국내 도입 타당성 검토 137

1. VHF 기술대안 타당성 검토 138

2. TRS-ASTRO 기술대안 검토 140

3. TETRA 기술대안 타당성 검토 141

4. GSM-R 기술대안 타당성 검토 150

5. WCDMA 기술대안 타당성 검토 151

6. WiBro 기술대안 타당성 검토 153

7. LTE/LTE-R 기술대안 타당성 검토 155

8. 기술대안별 국내 도입 타당성 검토 결과 159

제2절 대안별 사업비 추정 및 비교 분석 160

1. 사업비 분석의 개요 160

2. 사업비 분석의 기준 163

3. 기술대안별 사업비 비교 분석 188

4. 사업비 분석의 종합 및 주요 시사점 199

제3절 철도전용 통합무선망 편익 분석 201

1. 편익 분석의 개요 201

2. 철도 사고 예방 및 대응 206

3. 철도 운행 효율성 증진 215

4. 데이터 및 영상 서비스 제공 220

5. 국내외 시장 창출 228

6. 에너지 절감 및 대기오염 감축 232

7. 철도전용 통합무선망 편익 종합 및 시사점 239

제4절 소결 : 대안별 사업추진 방향 241

제5장 철도전용 통합무선망 구축의 효율적 추진 방안 244

제1절 전용 주파수 확보 고려 사항 244

1. 철도전용 통합무선망 주파수의 필요성 244

2. 대역별 주파수 검토 246

3. 주파수 확보와 관련된 정책 활동 방향 253

제2절 철도전용 통합무선망 운영관리 방안 254

1. 해외 철도전용 무선통신망 운영 사례 분석 254

2. 국내 철도 운영 및 시설관리 현황 260

3. 국내 철도전용 통합무선망 운영방안 및 운영조직에 관한 연구 261

제3절 경제적ㆍ정책적 타당성 제고 방안 263

1. LTE-R 연구개발의 체계적 추진 및 Best Practice 확보 263

2. 국내외 표준화 활동 활성화 265

3. 경쟁 활성화 고려 사항 269

4. 상위 계획과의 관련성 확보 275

5. 기술진화에 따른 추가 편익 연구 277

6. BPR 및 SOP의 체계적 추진 280

참고문헌 284

판권기 294

표목차

〈표 2-1〉 VHF 채널별 사용 현황 36

〈표 2-2〉 국내 TRS 주파수 할당 현황 37

〈표 2-3〉 국내 철도용 TRS 주파수 사용 현황 37

〈표 2-4〉 국내 고속철도 철도무선통신 인프라 현황 41

〈표 2-5〉 도시철도 철도무선통신 인프라 현황 42

〈표 2-6〉 CHSPRA의 비통합 ATC 시스템 검토 내역 82

〈표 2-7〉 CHSPRA의 radio-ATC 비통합 시스템 무선 솔루션 대안 검토 83

〈표 2-8〉 CHSPRA의 GSM-R 무선통신망 주파수 검토 내역 86

〈표 2-9〉 해외 현황 및 계획 : 요약 90

〈표 2-10〉 150MHz VHF대역 전파의 통달거리 92

〈표 2-11〉 VHF 대비 TRS의 장점 93

〈표 2-12〉 TRS-ASTRO 1단계, 2단계 기술 비교 94

〈표 2-13〉 TRS-TETRA R1, R2 기술 비교 95

〈표 2-14〉 디지털 TRS 진화과정 96

〈표 2-15〉 GSM-R QoS for ETCS 99

〈표 2-16〉 WCDMA HSDPA, HSUPA 기능 비교 104

〈표 2-17〉 Mobile WiMAX 802.16e vs 802.16m 비교 105

〈표 2-18〉 LTE/LTE-Advanced 표준 규격 110

〈표 2-19〉 차세대 철도통신망 구축 기대효과(Alcatel Lucent) 116

〈표 4-1〉 2015년 LTE, WiMAX 시장전망 154

〈표 4-2〉 기술대안별 국내 도입 타당성 검토 종합표 159

〈표 4-3〉 총 사업비 비교기준표 164

〈표 4-4〉 TETRA 사업비 분석 기준 167

〈표 4-5〉 LTE 사업비 분석 기준 173

〈표 4-6〉 철도전용 무선통신망 기지국 거리 산출 내역 178

〈표 4-7〉 GSM과 GSM-R을 이용한 LTE 비용 추정 방식 구성 표 183

〈표 4-8〉 국내 철도 일반현황(2010. 12 기준) 184

〈표 4-9〉 국내 철도 편성의 추정(편성) 185

〈표 4-10〉 국내 철도 편성의 추정 187

〈표 4-11〉 기술 대안별 사업비 : TETRA 188

〈표 4-12〉 기술 대안별 사업비 : 700MHz LTE 도입(센터 이중화) 190

〈표 4-13〉 기술 대안별 사업비 : 700MHz LTE 도입(센터 + 국소 장비 이중화) 191

〈표 4-14〉 기술 대안별 사업비 : 700MHz LTE-R 도입(센터 이중화) 193

〈표 4-15〉 기술 대안별 사업비 : 700MHz LTE-R 도입(센터 + 국소 장비 이중화) 194

〈표 4-16〉 기술 대안별 사업비 : 2.1GHz 198

〈표 4-17〉 철도 관련 투자사업의 편익항목 202

〈표 4-18〉 철도 통합무선망 예비타당성 조사의 편익 구조 및 추정치 203

〈표 4-19〉 철도전용 통합무선망의 편익 구조 204

〈표 4-20〉 열차사고 발생 건수 및 피해액 추정 206

〈표 4-21〉 열차사고 피해감소 편익 추정 207

〈표 4-22〉 건널목 사고 발생 건수 및 피해액 추정 208

〈표 4-23〉 철도화재 사고 발생 건수 및 피해액 추정 209

〈표 4-24〉 교통사상사고 중 직무사상 사고 피해감소인원 추정 210

〈표 4-25〉 안전사상사고 중 직무사상 사고 피해감소인원 추정 211

〈표 4-26〉 총 직무사상 예방 편익 212

〈표 4-27〉 예방인원을 제외한 대응피해 감소 대상 사상 인원 212

〈표 4-28〉 편익 기여도에 따른 인적 피해 대응 편익 예시 213

〈표 4-29〉 철도사고의 예방 및 대응 편익 요약 214

〈표 4-30〉 열차 운행손실 사고원인별 분석현황 216

〈표 4-31〉 운행손실 비용 및 추정 편익 217

〈표 4-32〉 수송용량 증대에 따른 편익 산정 218

〈표 4-33〉 유지보수비 감소 편익 산정 220

〈표 4-34〉 승무원 IT 서비스 업무프로세스 향상 편익 산정 221

〈표 4-35〉 승무원 IT 서비스 통신비 절감 편익 산정 222

〈표 4-36〉 무선영상상황관제 편익 산정 224

〈표 4-37〉 철도전용 통합무선망의 직접편익 산정 결과 요약 226

〈표 4-38〉 신호통신 분야 Km 당 구축 단가(2009 화폐가치 기준) 229

〈표 4-39〉 국내 철도전용 통합무선망 시장 규모 추정(2009 화폐가치 기준) 230

〈표 4-40〉 2009년 세계 철도 시장 규모 추정 231

〈표 4-41〉 철도 및 도로의 TOE 소모량 233

〈표 4-42〉 교통수단별 여객 수송량 및 철도 수송량 증대 효과 234

〈표 4-43〉 도로 대비 철도 수송의 TOE 절감 효과 234

〈표 4-44〉 수송능력 증가에 따른 철도 분야 CO2 증가량 추정 235

〈표 4-45〉 도로 대비 철도 수송의 CO2 절감 효과 235

〈표 4-46〉 교통수단별 대기오염 물질 배출량 236

〈표 4-47〉 오염물질별 대기오염비용 원단위 236

〈표 4-48〉 오염물질별 대기오염 감축 효과 분석 237

〈표 4-49〉 철도전용 통합무선망의 간접편익 산정 결과 요약 238

〈표 4-50〉 철도전용 무선통신망 편익 요약 239

〈표 5-1〉 ISI 단계별 주요 기능 구현 여부 272

〈표 5-2〉 Cassidan사 장비의 ISI 지원 기능 비교(망사업자 기준) 273

〈표 5-3〉 Cassidan사 장비의 ISI 지원 기능 비교(사용자 기준) 274

그림목차

[그림 2-1] 국내 철도제어시스템 구축 현황 39

[그림 2-2] KRTCS 연구 개발 추진 방안 40

[그림 2-3] 국내 철도무선통신 인프라 계획 경과 43

[그림 2-4] 국내 철도무선통신 인프라 문제점 45

[그림 2-5] 유럽집행위원회의 ERTMS 구축 로드맵 47

[그림 2-6] 현재 유럽에서 운영되고 있는 ERTMS 48

[그림 2-7] 열차 환경에 따른 주파수 적합성 비교 49

[그림 2-8] 영국의 차세대 열차무선 통신 기술진화 전망 50

[그림 2-9] RSSB 차세대 열차무선 통신 구현 시나리오 51

[그림 2-10] 프랑스 RFF GSM-R 네트워크 52

[그림 2-11] LEO Express 승객 철도 프로젝트 54

[그림 2-12] ETCS L2의 GSM-R에서 GPRS로의 변화 모습 55

[그림 2-13] RFI의 TLC 철도 네트워크를 위한 3MHz 주파수 확보 추진 대역 57

[그림 2-14] Thalys의 SNCF 철도 운영 현황 59

[그림 2-15] 벨기에와 네덜란드에 구조적인 인프라 구조 관리 및 제공 책임 59

[그림 2-16] 핸드오버로 인한 ERTMS 문제 60

[그림 2-17] 노르웨이의 Core 네트워크 이중화 구성 개념도 62

[그림 2-18] 유럽의 GSM-R 도입으로 인한 사고 사례 62

[그림 2-19] ATC Map of Indian Railways 2020 65

[그림 2-20] THSR의 개요 66

[그림 2-21] THSR과 신칸센의 철도안전 및 무선통신 시스템간 차이 67

[그림 2-22] TETRA Radio Sub-system 68

[그림 2-23] THSR의 컴퓨터기반 지령 시스템(CAD) Sub-system 69

[그림 2-24] THSR의 Train-Borne Terminal Sub-system 69

[그림 2-25] THSR의 Indoor & Tunnel 커버리지 확보 70

[그림 2-26] 일본 JR East의 ATACS 실용화 일정 72

[그림 2-27] ATACS의 개요 73

[그림 2-28] 무선 시스템 개요 74

[그림 2-29] 일본의 700MHz 대역 주파수 재편(안, 2012. 12 기준) 74

[그림 2-30] ATACS 실용화 과정 76

[그림 2-31] 사우디아라비아 NSR 프로젝트 계획 77

[그림 2-32] 1980~90년대 미국 ATCS 시스템 구조 78

[그림 2-33] PTC 구성도 79

[그림 2-34] 유럽의 GSM 주파수 할당 현황 97

[그림 2-35] LTE 도입을 고려한 가드밴드 할당 및 GSM 대역 재구성(안) 97

[그림 2-36] GSM-R 표준화 및 상업화 진행과정 98

[그림 2-37] GSM과 GSM-R 시스템 구조 비교 98

[그림 2-38] 기차 무선 위치 기반 주소 개념도 100

[그림 2-39] 열차 긴급 통화 개념도 100

[그림 2-40] 철도 부문에 중기 계획 주기 로드맵 103

[그림 2-41] WCDMA 네트워크 구성도 104

[그림 2-42] mobile WiMAX 802.16m 네트워크 구조 106

[그림 2-43] 차세대 철도 통신을 위한 LTE 핵심 구축 블록도 108

[그림 2-44] LTE 표준 기술과 철도 특화 요구사항 결합 방식 109

[그림 2-45] LTE 네트워크 구조 및 구성요소 111

[그림 2-46] 2008년 모바일 산업 기술 진화 112

[그림 2-47] Huawei의 HRC 솔루션 구성 개념도 113

[그림 2-48] Nokia Simens의 LTE 기반 차세대 철도무선망 구축 개념도 114

[그림 2-49] Alcatel Lucent의 차세대 철도무선통신망 구축 비전 115

[그림 2-50] Nokia Simens의 LTE-R 기술 개발 및 도입 전망 로드맵 116

[그림 2-51] Alcatel Lucent의 단계별 LTE 통합 구조 방식 117

[그림 2-52] 철도 무선통신 기술 여건 진화 개념도 120

[그림 3-1] 미래 철도 운영 환경 변화 방향 123

[그림 3-2] 전략적 철도기술 연구 분야의 미래 전망 125

[그림 3-3] 철도무선통신 환경의 주요 변화 트렌드 127

[그림 3-4] 미래 철도 무선 통신 진화 방향 129

[그림 3-5] 철도통신망 요구사항 130

[그림 3-6] 철도전용 통합무선망의 필요성 132

[그림 3-7] 국가 철도전용 통합무선망의 미래 모습 133

[그림 3-8] 철도전용 통합무선망의 목표 및 비전 134

[그림 3-9] 해외 사례 벤치마킹을 통한 철도전용 통합무선망 구축 시나리오(안) 135

[그림 3-10] 철도전용 통합무선망 구축 사업 추진 체계(안) 136

[그림 4-1] 이동통신 기술의 진화 137

[그림 4-2] TETRA 시장 비중 141

[그림 4-3] Motorola의 TETRA 기반 철도 무선통신망 구축 사례 142

[그림 4-4] Alcatel-Lucent의 TETRA over LTE voice solution 시연 146

[그림 4-5] TETRA Release Ⅱ의 서비스 가능 범위 148

[그림 4-6] TETRA 2의 프레임 비율, 커버리지, 채널 대역폭 149

[그림 4-7] 철도전용 무선통신망 대안별 사업비 비교분석의 개요 162

[그림 4-8] TETRA 고속철도 및 일반철도 기지국 구축 방식 168

[그림 4-9] TETRA 도시철도 구축 방식 169

[그림 4-10] LTE reference network architecture 171

[그림 4-11] LTE의 DU와 RU/RRH 분리 구조 175

[그림 4-12] DU 장비의 Cell 구성 방식의 예 176

[그림 4-13] 국가 연구개발 과제 내 LTE 예상 구조(업체 개발안) 177

[그림 4-14] 열차무선영상시스템의 서비스 개념도 196

[그림 4-15] 사업비 분석결과의 요약 199

[그림 4-16] 편익기여도에 따른 총 편익의 변동 240

[그림 5-1] 국내 700MHz 주파수 대역 할당 현황 248

[그림 5-2] 국내 2.1GHz 주파수 대역 할당 현황 250

[그림 5-3] 국내 1.8GHz 주파수 대역 할당 현황 251

[그림 5-4] 국내 철도 운영 및 시설 기관 현황 261

[그림 5-5] 철도전용 통합무선망 운영(안) 262

[그림 5-6] 한국형 철도신호통신체계 고도화사업의 비전과 목표 264

[그림 5-7] 국토해양부 LTE-R 관련 주요 연구개발 과제 265

[그림 5-8] 국내 TTA 표준화 절차 266

[그림 5-9] 유럽 철도 정보통신 표준화 구조 267

[그림 5-10] 철도 정보통신 표준화 기관들 간의 상호작용 형태 268

[그림 5-11] TETRA, LTE-R의 경쟁 관련 현황 및 문제점 270

[그림 5-12] TETRA ISI 프로토콜 스택(Protocol Stack) 271

[그림 5-13] TETRA ISI 노력 및 진전 272

[그림 5-14] 제2차 철도안전종합계획의 비전 및 목표 275

[그림 5-15] 철도안전 정책방향과 철도전용 통합무선망의 일관성 확보 277

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