铁路移动通信系统作为高速铁路正常安全运行必不可少的关键基础设施,在铁路行车调度、故障监控、养护维修以及应急救援等多方面起到了重要作用。随着铁路智能化发展方向的明晰,铁路移动通信系统向宽带移动通信系统发展成为必然。铁路专用宽带移动通信系统LTE-R(Long Term Evolution-Railway)因其大带宽、高速率、低时延等优势,除传统语音业务外,还可满足视频、图像等多媒体业务在带宽方面的需求,进而对铁路的运输安全、运营效率和服务质量提供更多的保障。目前国内外围绕LTE-R业务展开了相关标准化工作。但通过调研可以发现,现阶段LTE-R业务的研究仍存在以下局限:(1)国际铁路联盟发布的下一代铁路移动通信用户需求规范,仅定义了用户需求,未对系统架构、业务流程等方面进行说明;(2)第三代合作伙伴计划3GPP(3rd Generation Partnership Project)提出了关键任务通信MCC(Mission Critical Communication)机制及相关协议,这虽然提供了一种集群业务实现方法,但主要面向公安消防等场景,不满足铁路特殊场景下的集群业务需求(如位置寻址、功能寻址等);(3)国内外目前的研究成果主要集中在集群业务中的语音通信领域,还未明确铁路下一代移动通信系统中的视频通信业务的实现方式。为解决上述局限性,本文致力于完善LTE-R系统架构并基于LTE-R系统设计铁路视频业务的实现方案。本文工作主要包括以下内容:首先对LTE-R系统需求规范及业务需求规范进行了分析并将其作为方案设计依据。通过对3GPP公共安全系统中的LTE、演进型多媒体广播/多播业务e MBMS(Evolved Multimedia Broadcast/Multicast Services)、MCC系列协议及架构进行对比研究,提出了完整的基于MCC机制的LTE-R系统逻辑架构,该架构可用于实现铁路特殊视频业务,即铁路关键任务视频。而后将LTE-R铁路视频业务分为两大步骤予以实现:一是依据LTE-R业务的特殊应用场景及需求,对基于位置、功能码的视频业务和基于多播承载的组通信业务使用时序图设计业务流程;二是围绕上述业务设计,完成了LTE-R应用层功能模块MCVideo(Mission Critical Video)服务和MCInformation(Mission Critical Information)服务的设计开发,并对MCC应用系统与多播系统间的接口及其他用于支持业务实现的接口进行了设计,完成了信令编码定义等工作,将所设计的业务流程在系统中予以实现。最后,以LTE-R系统及业务需求为测试参考依据,基于实验室LTE-R系统测试平台对业务功能、信令流程及性能进行测试。测试结果验证了LTE-R系统中基于MCC机制的铁路关键任务视频业务及基于多播承载的组通信业务的功能实现;通过性能评估,分析并提出了铁路关键任务视频业务的关键性能指标和业务优化方向,对未来LTE-R研究具有参考意义。