軌道交通中5G通信技術(shù)的運(yùn)用

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【摘要】本文以城軌交通為對(duì)象，介紹了5G通信技術(shù)的特點(diǎn)以及發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì)其在城軌交通中的應(yīng)用加以說(shuō)明，以期對(duì)未來(lái)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(yùn)用

引言

我國(guó)目前城市軌道交通正在大規(guī)模開(kāi)展建設(shè)，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用飛速進(jìn)步，使得軌道交通提供了更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，例如全自動(dòng)列車(chē)駕駛等，然而大量數(shù)據(jù)信息的可靠傳輸、列車(chē)高速行駛時(shí)各類(lèi)服務(wù)的流暢保障以及路基橋梁與隧道等通信環(huán)境保證信號(hào)覆蓋的連續(xù)性這一系列技術(shù)問(wèn)題也隨之而來(lái)，成為目前軌道交通提升的難點(diǎn)。日趨成熟的5G技術(shù)在城軌交通中的運(yùn)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(yīng)用廣泛，小到借助手機(jī)以及電腦聯(lián)系外界，大至國(guó)家之間傳輸消息。目前智能交通借助5G技術(shù)應(yīng)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(jiǎn)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(shí)5G通信技術(shù)成為世界范圍移動(dòng)通信研究領(lǐng)域的重點(diǎn)對(duì)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(luò)覆蓋率，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，網(wǎng)絡(luò)安全可靠性與用戶(hù)體驗(yàn)以及功耗方面全方位提高。給物聯(lián)網(wǎng)與虛擬現(xiàn)實(shí)以及VR游戲的全面提升提供技術(shù)支持。

1.2簡(jiǎn)述5G技術(shù)優(yōu)勢(shì)

5G技術(shù)比起4G技術(shù)全方位進(jìn)行了提升，5G技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)不僅體現(xiàn)在高性能與低延遲，同時(shí)高容量也是一項(xiàng)重要特性。5G技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)同樣體現(xiàn)于小基站，毫米波與新式天線(xiàn)以及全雙工與網(wǎng)絡(luò)新型架構(gòu)。首先毫米波指的是移動(dòng)通信應(yīng)用高頻段，這也是發(fā)展趨勢(shì)之一。其優(yōu)點(diǎn)是充足的可使用帶寬，便捷式小型設(shè)備天線(xiàn)與天線(xiàn)增益高等毫米波通信優(yōu)點(diǎn)。其次小基站。由于傳統(tǒng)基站中心式業(yè)務(wù)已經(jīng)不能滿(mǎn)足用戶(hù)不同環(huán)境對(duì)于移動(dòng)通信的業(yè)務(wù)使用，同時(shí)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(luò)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(shí)信道質(zhì)量較高，可以實(shí)現(xiàn)較快的數(shù)據(jù)傳輸速率與較低時(shí)延以及低功耗等優(yōu)點(diǎn)，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(xiàn)指將傳統(tǒng)2D模式天線(xiàn)陣列通過(guò)拓展變?yōu)?D模式天線(xiàn)陣列，以此形成的新穎技術(shù)不僅滿(mǎn)足多用戶(hù)信息波束智能通信，同時(shí)也減少了用戶(hù)間信息干擾，另外該技術(shù)與毫米波進(jìn)行技術(shù)結(jié)合能夠進(jìn)一步有效改善信號(hào)覆蓋問(wèn)題。全雙工是指同頻同時(shí)，不僅能夠突破傳統(tǒng)頻譜資源的使用限制，將頻譜資源進(jìn)行更加靈活的使用，通過(guò)理論計(jì)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(luò)新型架構(gòu)。借助基于處理集中化與無(wú)線(xiàn)電協(xié)作式以及云計(jì)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(dòng)態(tài)使用也更為方便。上述5G信息通信的技術(shù)優(yōu)勢(shì)使得5G系統(tǒng)大幅度增強(qiáng)了通信性能指標(biāo)。也可以看到高寬帶與低時(shí)延以及可靠安全的性能對(duì)于軌道交通內(nèi)實(shí)際的業(yè)務(wù)需求十分契合。

2簡(jiǎn)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(jìn)行通信，但是這種方法對(duì)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(chē)在地底運(yùn)行或在高大建筑四周時(shí)信號(hào)接受會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，通信無(wú)法保證穩(wěn)定及時(shí)，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(jí)到3G信息通信，隨后又升級(jí)到4G信息通信，未來(lái)更會(huì)升級(jí)到5G信息通信。城軌交通對(duì)于無(wú)線(xiàn)通信的技術(shù)應(yīng)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(yùn)行線(xiàn)路大多選擇4G通信。同時(shí)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(jìn)行運(yùn)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(shí)時(shí)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(wù)通信網(wǎng)絡(luò)。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(xiàn)通信以及無(wú)線(xiàn)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(wù)電話(huà)系統(tǒng)，專(zhuān)用電話(huà)系統(tǒng)，無(wú)線(xiàn)集群通信系統(tǒng)，閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)，有線(xiàn)廣播系統(tǒng)，時(shí)鐘系統(tǒng)，乘客導(dǎo)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(luò)管理系統(tǒng)。

3簡(jiǎn)述5G技術(shù)在城軌通信的技術(shù)應(yīng)用

3.1簡(jiǎn)述5G技術(shù)應(yīng)用于列車(chē)運(yùn)行

城軌交通基于當(dāng)前的通信現(xiàn)狀以及5G技術(shù)強(qiáng)勁的發(fā)展趨勢(shì)，5G技術(shù)應(yīng)用于列車(chē)運(yùn)行時(shí)具體業(yè)務(wù)包括：①可視化寬帶語(yǔ)音通信，該業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)了地面與列車(chē)之間有效的語(yǔ)音調(diào)度以及信息通信與廣播通信，同時(shí)該技術(shù)要求時(shí)延較低，但是對(duì)于網(wǎng)絡(luò)帶寬沒(méi)有太高要求。②可靠安全的中低速信息數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)于列車(chē)運(yùn)行實(shí)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(shí)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(chē)能夠安全運(yùn)行。③超高清（1080P）視頻信息流。該技術(shù)主要用于列車(chē)上行時(shí)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(shí)延、但是要求網(wǎng)絡(luò)帶寬具備高水準(zhǔn)。④3D可視VR行車(chē)環(huán)境。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行軌道的可視化以及可控性，該技術(shù)同樣要求網(wǎng)絡(luò)帶寬具備高水準(zhǔn)。

3.2簡(jiǎn)述5G技術(shù)應(yīng)用于乘客出行

智能出行作為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，借助5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)乘客在軌道交通售票網(wǎng)站進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)購(gòu)票，并且乘客可以實(shí)時(shí)查詢(xún)?nèi)魏我惠v車(chē)輛的始發(fā)站信息以及車(chē)站的實(shí)時(shí)人流密度，除此之外還可以做到軌道交通具體線(xiàn)路商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)內(nèi)部情況。給乘客出行帶來(lái)實(shí)時(shí)信息參考，有效提升軌道交通業(yè)務(wù)水平以及出行舒適度。

3.3簡(jiǎn)述5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模接入層無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)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(qiáng)技術(shù)組成的無(wú)線(xiàn)天線(xiàn)大規(guī)模陣列，能夠在車(chē)站的車(chē)地?zé)o線(xiàn)接入層進(jìn)行應(yīng)用，理論能夠提高10倍頻譜效率以及通信系統(tǒng)的存儲(chǔ)容量。以5G技術(shù)為基礎(chǔ)的無(wú)線(xiàn)車(chē)地通信系統(tǒng)借助小基站結(jié)合天線(xiàn)大規(guī)模陣列的技術(shù)，完美實(shí)現(xiàn)了無(wú)線(xiàn)通信在車(chē)站這一層面的信息接入，做到同一車(chē)站不需要進(jìn)行AP切換或者通信中斷即可完美運(yùn)行的能力。一個(gè)車(chē)站在內(nèi)部應(yīng)用該技術(shù)能夠部署大量天線(xiàn)，不僅有效增強(qiáng)頻譜效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了車(chē)站全面的無(wú)線(xiàn)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(hù)通信。

3.4簡(jiǎn)述5G技術(shù)應(yīng)用于應(yīng)急防災(zāi)

城軌交通由于發(fā)車(chē)密度較高與客流量較大的情況，若列車(chē)在全自動(dòng)模式駕駛時(shí)出現(xiàn)某種緊急狀況，但因?yàn)榱熊?chē)沒(méi)有司機(jī)同時(shí)決策需要按照現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行判斷處理時(shí)，可以借助5G技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)將現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行直播，隨后由車(chē)站工作人員針對(duì)具體情況對(duì)列車(chē)遠(yuǎn)程控制進(jìn)行解決。

4簡(jiǎn)述5G技術(shù)應(yīng)用時(shí)可能存在的問(wèn)題

4.1頻譜資源問(wèn)題

5G通信所使用的異構(gòu)式超密集型網(wǎng)絡(luò)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(zhuān)用通信頻譜。然而目前處于頻譜資源相對(duì)稀缺階段，進(jìn)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(dǎo)管都不兼容該技術(shù)。

4.2可靠性問(wèn)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(qiáng)傳輸效率以及降低成本，然而該通信模式和蜂窩通信進(jìn)行資源共享的方式選擇如正交或是復(fù)用方式共享是一項(xiàng)問(wèn)題，此外提高該通信模式可靠性也是難題之一。

4.3兼容問(wèn)題

將現(xiàn)有4G技術(shù)進(jìn)行通信方式的升級(jí)，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(wèn)題時(shí)能夠轉(zhuǎn)至其他兼容通信模式，此外減少轉(zhuǎn)換所用時(shí)間也是一項(xiàng)必要關(guān)鍵，能夠避免列車(chē)由于緊急制動(dòng)造成事故。

5結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用并推廣5G技術(shù)能夠給社會(huì)帶來(lái)巨大便利，在2020年開(kāi)始推廣并投入應(yīng)用的5G技術(shù)從某種程度上會(huì)改變?nèi)藗兩盍?xí)慣，進(jìn)入真正的“互聯(lián)”時(shí)代。5G技術(shù)應(yīng)用于城軌交通的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)，會(huì)使的軌道無(wú)線(xiàn)通信變更為無(wú)限通信，給眾多通信業(yè)務(wù)提供安全，快速的技術(shù)保障，做到通信更為可靠，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延更短。

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作者：張澤馳 單位：廣州新科佳都科技有限公司