轨道交通中5G通信技术的运用

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【摘要】本文以城轨交通为对象，介绍了5G通信技术的特点以及发展现状，并对其在城轨交通中的应用加以说明，以期对未来行业发展有一定借鉴。

【关键词】城市轨道交通；5g通信技术；技术运用

引言

我国目前城市轨道交通正在大规模开展建设，伴随着互联网业务应用飞速进步，使得轨道交通提供了更优质的服务，例如全自动列车驾驶等，然而大量数据信息的可靠传输、列车高速行驶时各类服务的流畅保障以及路基桥梁与隧道等通信环境保证信号覆盖的连续性这一系列技术问题也随之而来，成为目前轨道交通提升的难点。日趋成熟的5G技术在城轨交通中的运用有效解决了轨道交通存在的技术难题。5G通信在生活中应用广泛，小到借助手机以及电脑联系外界，大至国家之间传输消息。目前智能交通借助5G技术应用全面突破了信息传输的速度与信息传输的距离以及信息传输的安全性。

1简述5G通信

1.1概述

4G通信系统已经在全球大多数地区完成部署，同时5G通信技术成为世界范围移动通信研究领域的重点对象。5G通信系统与4G通信系统相比而言峰值速率，网络覆盖率，网络延时，网络安全可靠性与用户体验以及功耗方面全方位提高。给物联网与虚拟现实以及VR游戏的全面提升提供技术支持。

1.2简述5G技术优势

5G技术比起4G技术全方位进行了提升，5G技术的优点不仅体现在高性能与低延迟，同时高容量也是一项重要特性。5G技术的优点同样体现于小基站，毫米波与新式天线以及全双工与网络新型架构。首先毫米波指的是移动通信应用高频段，这也是发展趋势之一。其优点是充足的可使用带宽，便捷式小型设备天线与天线增益高等毫米波通信优点。其次小基站。由于传统基站中心式业务已经不能满足用户不同环境对于移动通信的业务使用，同时不够灵活，耗资较大，5G技术使用的小基站能够有效拓展网络接入方式，改善现有通信情况。小基站自身适合短途直接通信同时信道质量较高，可以实现较快的数据传输速率与较低时延以及低功耗等优点，此外借助分布广泛的通信终端，极大地提高了信息通信覆盖以及高效利用频谱资源。此外新式天线指将传统2D模式天线阵列通过拓展变为3D模式天线阵列，以此形成的新颖技术不仅满足多用户信息波束智能通信，同时也减少了用户间信息干扰，另外该技术与毫米波进行技术结合能够进一步有效改善信号覆盖问题。全双工是指同频同时，不仅能够突破传统频谱资源的使用限制，将频谱资源进行更加灵活的使用，通过理论计算最大能够将空口频谱的通信效率增加1倍。最后是网络新型架构。借助基于处理集中化与无线电协作式以及云计算的接入式新型网架构，做到减小杂乱信息干扰与降低设备功耗以及提升通信频谱效率，除此之外智能化组网的动态使用也更为方便。上述5G信息通信的技术优势使得5G系统大幅度增强了通信性能指标。也可以看到高宽带与低时延以及可靠安全的性能对于轨道交通内实际的业务需求十分契合。

2简述城轨交通使用的通信技术

铁路系统大多借助卫星进行通信，但是这种方法对与处于地下或在高楼间穿梭的城轨交通适用度较低，主要是由于列车在地底运行或在高大建筑四周时信号接受会出现波动，通信无法保证稳定及时，甚至可能出现通信不连续。由于这些原因城轨交通由WLAN技术升级到3G信息通信，随后又升级到4G信息通信，未来更会升级到5G信息通信。城轨交通对于无线通信的技术应用随着通信技术高速发展不断更新换代。目前新建城轨交通的运行线路大多选择4G通信。同时5G通信也取得了新的突破，不久之后5G通信就可以在城轨交通中进行运用。目前城轨交通使用的通信系统为足够承载交通系统造成的实时信息以及历史音视等信息数据的一种数字化综合业务通信网络。目前城轨交通采取4G通信并依据传输媒介将其划分到有线通信以及无线通信两种。城轨交通的新型通信系统涵盖下列系统，如传输系统，公务电话系统，专用电话系统，无线集群通信系统，闭路电视监视系统，有线广播系统，时钟系统，乘客导乘信息系统，通电电源和接地系统以及通信综合网络管理系统。

3简述5G技术在城轨通信的技术应用

3.1简述5G技术应用于列车运行

城轨交通基于当前的通信现状以及5G技术强劲的发展趋势，5G技术应用于列车运行时具体业务包括：①可视化宽带语音通信，该业务实现了地面与列车之间有效的语音调度以及信息通信与广播通信，同时该技术要求时延较低，但是对于网络带宽没有太高要求。②可靠安全的中低速信息数据传输，对于列车运行实现系统数据的有效控制与管理数据以及紧急文本信息数据的传输管理。该技术要求时延较低，并且要求优先保证信息数据传输带宽，确保列车能够安全运行。③超高清（1080P）视频信息流。该技术主要用于列车上行时监控视频图像与地面控制中心使用流媒体监管播放，需要注意该技术不要求时延、但是要求网络带宽具备高水准。④3D可视VR行车环境。该技术实现了运行轨道的可视化以及可控性，该技术同样要求网络带宽具备高水准。

3.2简述5G技术应用于乘客出行

智能出行作为未来发展趋势，借助5G技术实现乘客在轨道交通售票网站进行网络购票，并且乘客可以实时查询任何一辆车辆的始发站信息以及车站的实时人流密度，除此之外还可以做到轨道交通具体线路商业网点内部情况。给乘客出行带来实时信息参考，有效提升轨道交通业务水平以及出行舒适度。

3.3简述5G技术实现大规模接入层无线网络的高密度覆盖

5G技术中的MIMO信息技术能够显著提升频谱效率以及数据信息传输速率，基于其增强技术组成的无线天线大规模阵列，能够在车站的车地无线接入层进行应用，理论能够提高10倍频谱效率以及通信系统的存储容量。以5G技术为基础的无线车地通信系统借助小基站结合天线大规模阵列的技术，完美实现了无线通信在车站这一层面的信息接入，做到同一车站不需要进行AP切换或者通信中断即可完美运行的能力。一个车站在内部应用该技术能够部署大量天线，不仅有效增强频谱效率，同时实现了车站全面的无线通信覆盖，大大提高抗干扰能力，十分显著的改善接入层的用户通信。

3.4简述5G技术应用于应急防灾

城轨交通由于发车密度较高与客流量较大的情况，若列车在全自动模式驾驶时出现某种紧急状况，但因为列车没有司机同时决策需要按照现场情况进行判断处理时，可以借助5G技术能够实现将现场情况进行直播，随后由车站工作人员针对具体情况对列车远程控制进行解决。

4简述5G技术应用时可能存在的问题

4.1频谱资源问题

5G通信所使用的异构式超密集型网络的状态为多网并存，理想状态下可以借助5G通信架设足够通信需要的专用通信频谱。然而目前处于频谱资源相对稀缺阶段，进行分配的频谱数量有限，此外覆盖方式选用毫米波，但是轨道交通所使用电缆以及波导管都不兼容该技术。

4.2可靠性问题

5G通信选择D2D模式通信能够节约资源，降低干扰并且增强传输效率以及降低成本，然而该通信模式和蜂窝通信进行资源共享的方式选择如正交或是复用方式共享是一项问题，此外提高该通信模式可靠性也是难题之一。

4.3兼容问题

将现有4G技术进行通信方式的升级，使得5G技术能够兼容4G通信与更低版本通信，做到5G通信出现突发问题时能够转至其他兼容通信模式，此外减少转换所用时间也是一项必要关键，能够避免列车由于紧急制动造成事故。

5结束语

应用并推广5G技术能够给社会带来巨大便利，在2020年开始推广并投入应用的5G技术从某种程度上会改变人们生活习惯，进入真正的“互联”时代。5G技术应用于城轨交通的无线通信系统，会使的轨道无线通信变更为无限通信，给众多通信业务提供安全，快速的技术保障，做到通信更为可靠，网络时延更短。

参考文献

[1]朱晨鸣，王强，李新.5G：2020后的移动通信[M].北京人民邮电出版社，2016（4）：108-109.

[2]曾剑秋.5G移动通信技术发展与应用趋势[J].电信工程技术与标准化，2017（2）：19-23.

[3]陈鹏.5G关键技术与系统演进[M].北京机械工业出版社，2016（12）：65-71.

作者：张泽驰 单位：广州新科佳都科技有限公司