본 논문은 무인이동체인 열차에 대한 제어 정보 전송으로 LTE 통신을 제안 했다. 열차제어시스템(TCS)은 열차의 운행에 연관된 지상 및 차상의 모든 제어 명령을 수행하기 위한 시스템이다. 세부적으로, 열차제어시스템은 열차의 진행 방향, 이동 속도, 열차와 열차간 거리, 주변 환경 및 선로의 안전성 등을 자동으로 판단한 후, 기관사에게 관련 정보를 전달한다. 이전의 철도 교통에서는 저속, 저밀도로 운행되었으며, 당시의 열차제어는 신호용 깃발을 수기로 사용했다. 그러나 오늘날에는 열차 운행 속도및 운행 열차 수가 점점 증가함에 따라 복잡도가 높은 열차제어시스템으로 발전하게 되었다. 2000년대 초반 2.4GHz ISM Band의 LAN 방식으로 하는 CBTC가 새로운 열차제어시스템이 등장하였다. 또한 일반 및 고속 철도 관점에서도 기존의 선로변 장치간 통신을 2세대 이동통신인 GSM을 활용하는 ETCS라는 열차제어시스템이 유럽에서 2004년 상용화가 되었다. 그리고 현재에는 무인운전 시스템이 도입되면서 영상 정보를 송출할 수 있는 LTE 기반 열차제어시스템의 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
LTE 통신 방식은 철도 운영용 음성 및 감시를 위한 정보 등을 열차제어서비스와 함께 제공하는 통합 시스템 역할을 수행하는 것으로 고려되고 있다. 이런 개념은 고용량의 데이터를 빠르게 전송할 수 있는 LTE 방식이기에 가능하다. 이러한 개념은
운영자로 하여금 지능화되고 고품질의 철도 서비스를 기존 서비스와 더불어 제공할수 있는 등 다양한 장점을 가져오게 한다. 그러나 현재 LTE 서비스는 가입자 요구에 맞는 음성 및 데이터 서비스의 높은 전송 속도 및 고용량을 위주로 발전하고 있는 단계이다 이에 본 논문에서는 이동통신망의 제어망 적용에 있어 제어정보를 효율적으로 전달하기 위해 서비스품질 관리(QoS)를 위해 설계되어질 파라터에 대해 연구하였으며 또한 이를 검증하기 위해서 기존의 이동통신망과 다른 전파환경인 철도 영업선
상에 테스트 망을 구축하여 검증 및 성능 평가를 통해 LTE가 고품질이고 진보된 철도 서비스를 제공할 충분한 통신 수단임을 증명 하였다. LTE는 GSM과 기본적으로 주파수 사용에 대한 접근 개념이 다르며, 이런 차이로 인해 LTE 기반으로 열차제어
서비스를 제공할 때에는 기술적으로 추가적인 고려가 필요하다. 협대역 통신을 기반으로 하여 주파수를 채널 개념으로 나누고 서비스 종류 별로 채널을 할당하는 GSM과는 다르게, LTE에서는 광대역 주파수 전체를 다양한 트래픽 데이터 전송에 사용하므로, 다양한 서비스의 데이터 패킷들이 할당된 주파수 내에서 섞여서 전달된다. LTE의 경우 각 서비스에 대한 서비스 품질 보장이 큰 이슈로 대두된다. 특히 열차제어시스템 트래픽은 사람의 안전성과 연관된 vital한 정보를 포함하고 있으며, 서비스 품질보장 실패로 인해 열차 운영에 차질이 있는 경우 페널티로 인해 운영자에게 금전적 손실을 가져올 수 있다. 이에 LTE가 열차제어 서비스에 대한 서비스 품질 보장이 가능한지 본 논문에서는 실증을 통해 검증 하였다. 서비스 품질에 대한 관리나 정보량은 E2E delay에 대한 이론적인 수치를 통한 여러 논문이 존재하고 있고 데이터도 많은 편이다. 그러나 열차제어, 자율주행차, 드론을 위한 실제 제어정보의 전송 및 이동 통신과 다른 전파 환경에 대해서는 연구된 실제 시험평가는 전무하다. 따라서 본 논문에서는 열차제어 서비스에 대한 서비스 품질 보장을 위한 LTE 기반 파라미터를 설계 하고, 기존 LTE 시스템에서의 서비스 품질 관리 구조 및 기법들을 기반으로 열차제어시스템의 서비스 품질 보장을 위한 설계를 제시하였고, 서비스 품질 관리와 동시에 멀티미디어 데이터 전송이 가능한지를 철도 영업선 상에 구축된 실제 LTE 테스트 베드를 통해서 적용성 여부의 검증 과정 및 결과를 기술 하였다.

This study aims to design dedicated integrated wireless network establishment for railroad and derive a method for optimal network. It show the feasibility of the Long Term Evolution-Railway (LTE-R) test-bed with essentially Internet Protocol (IP) based network architecture. A wireless railway communications system provides wireless connectivity to various railway services, such as point-to-point voice, Push-To-Talk(PTT), remote video streaming, train control and various types of railway
data transfer. Initial forms of wireless railway communications system, such as Very High Frequency (VHF) and Trunked Radio System (TRS), were mainly aimed at meeting the simple needs of railway staff in a central control centre, at stations, or on the track side and on trains, to allow communication between them for railway operations.
With the launch of various kinds of railway services, wireless railway communications systems have gradually been required to serve their purposes by transferring data through a wireless link. In particular, with the recent evolution of the technology of automatic train control from being based on track circuitry to being based on communications, wireless access technology has become an essential part of any train control system.
Consequently, nowadays wireless railway communications systems are a significant part of railway operations as a whole.
With the rapid changes in the nature of railway services worldwide, today’s railway communications systems are required to evolve and provide a better service for customers. It is therefore now essential that LTE is
adopted in railways, given its successful use in the commercial field of mobile communications. In the railway environment, the functional requirements of LTE offer a standard for providing appropriate railway services. Furthermore, the procedure by which cell deployment can offer a guide to operators considering the deployment of LTE as a wireless railway communications system. The results of the field verification provide some assurance that LTE is capable of fulfilling the requirements,
providing railway services that are fit for purpose.
This study has examined design and optimization methods based on the special environment of railroad in the process of building the dedicated integrated wireless communication network for railroad. The result shows
there is a limit as to avoidance of dead spot generation. It is expected that an optimal establishment of the dedicated integrated wireless network for railroad will realize only after securing sufficient extra space for
adjustment of vertical and horizontal steering angle by installing separate pole.