軌道交通中5G通信技術(shù)的運用

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【摘要】本文以城軌交通為對象，介紹了5G通信技術(shù)的特點以及發(fā)展現(xiàn)狀，并對其在城軌交通中的應用加以說明，以期對未來行業(yè)發(fā)展有一定借鑒。

【關(guān)鍵詞】城市軌道交通；5g通信技術(shù)；技術(shù)運用

引言

我國目前城市軌道交通正在大規(guī)模開展建設(shè)，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務應用飛速進步，使得軌道交通提供了更優(yōu)質(zhì)的服務，例如全自動列車駕駛等，然而大量數(shù)據(jù)信息的可靠傳輸、列車高速行駛時各類服務的流暢保障以及路基橋梁與隧道等通信環(huán)境保證信號覆蓋的連續(xù)性這一系列技術(shù)問題也隨之而來，成為目前軌道交通提升的難點。日趨成熟的5G技術(shù)在城軌交通中的運用有效解決了軌道交通存在的技術(shù)難題。5G通信在生活中應用廣泛，小到借助手機以及電腦聯(lián)系外界，大至國家之間傳輸消息。目前智能交通借助5G技術(shù)應用全面突破了信息傳輸?shù)乃俣扰c信息傳輸?shù)木嚯x以及信息傳輸?shù)陌踩浴?/p>

1簡述5G通信

1.1概述

4G通信系統(tǒng)已經(jīng)在全球大多數(shù)地區(qū)完成部署，同時5G通信技術(shù)成為世界范圍移動通信研究領(lǐng)域的重點對象。5G通信系統(tǒng)與4G通信系統(tǒng)相比而言峰值速率，網(wǎng)絡覆蓋率，網(wǎng)絡延時，網(wǎng)絡安全可靠性與用戶體驗以及功耗方面全方位提高。給物聯(lián)網(wǎng)與虛擬現(xiàn)實以及VR游戲的全面提升提供技術(shù)支持。

1.2簡述5G技術(shù)優(yōu)勢

5G技術(shù)比起4G技術(shù)全方位進行了提升，5G技術(shù)的優(yōu)點不僅體現(xiàn)在高性能與低延遲，同時高容量也是一項重要特性。5G技術(shù)的優(yōu)點同樣體現(xiàn)于小基站，毫米波與新式天線以及全雙工與網(wǎng)絡新型架構(gòu)。首先毫米波指的是移動通信應用高頻段，這也是發(fā)展趨勢之一。其優(yōu)點是充足的可使用帶寬，便捷式小型設(shè)備天線與天線增益高等毫米波通信優(yōu)點。其次小基站。由于傳統(tǒng)基站中心式業(yè)務已經(jīng)不能滿足用戶不同環(huán)境對于移動通信的業(yè)務使用，同時不夠靈活，耗資較大，5G技術(shù)使用的小基站能夠有效拓展網(wǎng)絡接入方式，改善現(xiàn)有通信情況。小基站自身適合短途直接通信同時信道質(zhì)量較高，可以實現(xiàn)較快的數(shù)據(jù)傳輸速率與較低時延以及低功耗等優(yōu)點，此外借助分布廣泛的通信終端，極大地提高了信息通信覆蓋以及高效利用頻譜資源。此外新式天線指將傳統(tǒng)2D模式天線陣列通過拓展變?yōu)?D模式天線陣列，以此形成的新穎技術(shù)不僅滿足多用戶信息波束智能通信，同時也減少了用戶間信息干擾，另外該技術(shù)與毫米波進行技術(shù)結(jié)合能夠進一步有效改善信號覆蓋問題。全雙工是指同頻同時，不僅能夠突破傳統(tǒng)頻譜資源的使用限制，將頻譜資源進行更加靈活的使用，通過理論計算最大能夠?qū)⒖湛陬l譜的通信效率增加1倍。最后是網(wǎng)絡新型架構(gòu)。借助基于處理集中化與無線電協(xié)作式以及云計算的接入式新型網(wǎng)架構(gòu)，做到減小雜亂信息干擾與降低設(shè)備功耗以及提升通信頻譜效率，除此之外智能化組網(wǎng)的動態(tài)使用也更為方便。上述5G信息通信的技術(shù)優(yōu)勢使得5G系統(tǒng)大幅度增強了通信性能指標。也可以看到高寬帶與低時延以及可靠安全的性能對于軌道交通內(nèi)實際的業(yè)務需求十分契合。

2簡述城軌交通使用的通信技術(shù)

鐵路系統(tǒng)大多借助衛(wèi)星進行通信，但是這種方法對與處于地下或在高樓間穿梭的城軌交通適用度較低，主要是由于列車在地底運行或在高大建筑四周時信號接受會出現(xiàn)波動，通信無法保證穩(wěn)定及時，甚至可能出現(xiàn)通信不連續(xù)。由于這些原因城軌交通由WLAN技術(shù)升級到3G信息通信，隨后又升級到4G信息通信，未來更會升級到5G信息通信。城軌交通對于無線通信的技術(shù)應用隨著通信技術(shù)高速發(fā)展不斷更新?lián)Q代。目前新建城軌交通的運行線路大多選擇4G通信。同時5G通信也取得了新的突破，不久之后5G通信就可以在城軌交通中進行運用。目前城軌交通使用的通信系統(tǒng)為足夠承載交通系統(tǒng)造成的實時信息以及歷史音視等信息數(shù)據(jù)的一種數(shù)字化綜合業(yè)務通信網(wǎng)絡。目前城軌交通采取4G通信并依據(jù)傳輸媒介將其劃分到有線通信以及無線通信兩種。城軌交通的新型通信系統(tǒng)涵蓋下列系統(tǒng)，如傳輸系統(tǒng)，公務電話系統(tǒng)，專用電話系統(tǒng)，無線集群通信系統(tǒng)，閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)，有線廣播系統(tǒng)，時鐘系統(tǒng)，乘客導乘信息系統(tǒng)，通電電源和接地系統(tǒng)以及通信綜合網(wǎng)絡管理系統(tǒng)。

3簡述5G技術(shù)在城軌通信的技術(shù)應用

3.1簡述5G技術(shù)應用于列車運行

城軌交通基于當前的通信現(xiàn)狀以及5G技術(shù)強勁的發(fā)展趨勢，5G技術(shù)應用于列車運行時具體業(yè)務包括：①可視化寬帶語音通信，該業(yè)務實現(xiàn)了地面與列車之間有效的語音調(diào)度以及信息通信與廣播通信，同時該技術(shù)要求時延較低，但是對于網(wǎng)絡帶寬沒有太高要求。②可靠安全的中低速信息數(shù)據(jù)傳輸，對于列車運行實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的有效控制與管理數(shù)據(jù)以及緊急文本信息數(shù)據(jù)的傳輸管理。該技術(shù)要求時延較低，并且要求優(yōu)先保證信息數(shù)據(jù)傳輸帶寬，確保列車能夠安全運行。③超高清（1080P）視頻信息流。該技術(shù)主要用于列車上行時監(jiān)控視頻圖像與地面控制中心使用流媒體監(jiān)管播放，需要注意該技術(shù)不要求時延、但是要求網(wǎng)絡帶寬具備高水準。④3D可視VR行車環(huán)境。該技術(shù)實現(xiàn)了運行軌道的可視化以及可控性，該技術(shù)同樣要求網(wǎng)絡帶寬具備高水準。

3.2簡述5G技術(shù)應用于乘客出行

智能出行作為未來發(fā)展趨勢，借助5G技術(shù)實現(xiàn)乘客在軌道交通售票網(wǎng)站進行網(wǎng)絡購票，并且乘客可以實時查詢?nèi)魏我惠v車輛的始發(fā)站信息以及車站的實時人流密度，除此之外還可以做到軌道交通具體線路商業(yè)網(wǎng)點內(nèi)部情況。給乘客出行帶來實時信息參考，有效提升軌道交通業(yè)務水平以及出行舒適度。

3.3簡述5G技術(shù)實現(xiàn)大規(guī)模接入層無線網(wǎng)絡的高密度覆蓋

5G技術(shù)中的MIMO信息技術(shù)能夠顯著提升頻譜效率以及數(shù)據(jù)信息傳輸速率，基于其增強技術(shù)組成的無線天線大規(guī)模陣列，能夠在車站的車地無線接入層進行應用，理論能夠提高10倍頻譜效率以及通信系統(tǒng)的存儲容量。以5G技術(shù)為基礎(chǔ)的無線車地通信系統(tǒng)借助小基站結(jié)合天線大規(guī)模陣列的技術(shù)，完美實現(xiàn)了無線通信在車站這一層面的信息接入，做到同一車站不需要進行AP切換或者通信中斷即可完美運行的能力。一個車站在內(nèi)部應用該技術(shù)能夠部署大量天線，不僅有效增強頻譜效率，同時實現(xiàn)了車站全面的無線通信覆蓋，大大提高抗干擾能力，十分顯著的改善接入層的用戶通信。

3.4簡述5G技術(shù)應用于應急防災

城軌交通由于發(fā)車密度較高與客流量較大的情況，若列車在全自動模式駕駛時出現(xiàn)某種緊急狀況，但因為列車沒有司機同時決策需要按照現(xiàn)場情況進行判斷處理時，可以借助5G技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)將現(xiàn)場情況進行直播，隨后由車站工作人員針對具體情況對列車遠程控制進行解決。

4簡述5G技術(shù)應用時可能存在的問題

4.1頻譜資源問題

5G通信所使用的異構(gòu)式超密集型網(wǎng)絡的狀態(tài)為多網(wǎng)并存，理想狀態(tài)下可以借助5G通信架設(shè)足夠通信需要的專用通信頻譜。然而目前處于頻譜資源相對稀缺階段，進行分配的頻譜數(shù)量有限，此外覆蓋方式選用毫米波，但是軌道交通所使用電纜以及波導管都不兼容該技術(shù)。

4.2可靠性問題

5G通信選擇D2D模式通信能夠節(jié)約資源，降低干擾并且增強傳輸效率以及降低成本，然而該通信模式和蜂窩通信進行資源共享的方式選擇如正交或是復用方式共享是一項問題，此外提高該通信模式可靠性也是難題之一。

4.3兼容問題

將現(xiàn)有4G技術(shù)進行通信方式的升級，使得5G技術(shù)能夠兼容4G通信與更低版本通信，做到5G通信出現(xiàn)突發(fā)問題時能夠轉(zhuǎn)至其他兼容通信模式，此外減少轉(zhuǎn)換所用時間也是一項必要關(guān)鍵，能夠避免列車由于緊急制動造成事故。

5結(jié)束語

應用并推廣5G技術(shù)能夠給社會帶來巨大便利，在2020年開始推廣并投入應用的5G技術(shù)從某種程度上會改變?nèi)藗兩盍晳T，進入真正的“互聯(lián)”時代。5G技術(shù)應用于城軌交通的無線通信系統(tǒng)，會使的軌道無線通信變更為無限通信，給眾多通信業(yè)務提供安全，快速的技術(shù)保障，做到通信更為可靠，網(wǎng)絡時延更短。

參考文獻

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[3]陳鵬.5G關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)演進[M].北京機械工業(yè)出版社，2016（12）：65-71.

作者：張澤馳 單位：廣州新科佳都科技有限公司