城市軌道交通中5G通信技術的應用

杜躍龍

摘要：隨著經濟和信息技術的快速發展，軌道交通作為城市動脈和大眾化的交通工具，是國家關鍵基礎設施和重要基礎產業，對我國經濟社會發展、民生改善和城市安全起著不可替代的作用。《中國城市軌道交通智慧城軌發展綱要》指出，要利用云計算、大數據、5G等技術，構建安全、便捷、高效、綠色、經濟的新一代中國式智慧型城市軌道交通。隨著對移動通信需求的持續增長，5G頻譜利用和能源效率將大大提高，在傳輸延遲、可靠性、安全性和覆蓋范圍方面實現更大的性能改進，并在城市軌道交通車地通信、運行監測、網絡覆蓋、大數據分析等復雜場景數字化應用將不斷深入，成為實現城市軌道交通智能化的重要支撐。

關鍵詞：城市軌道交通;5G通信技術;應用

引言

目前提出的城市軌道交通信息傳輸系統運行穩定性較差，導致丟包率過高;基于5G無線通信技術設計一種新的城市軌道交通信息傳輸系統，利用列車自動監控系統、區域控制系統、車載控制系統、聯鎖控制系統、數據庫存儲系統和數據通信子系統等構建系統框架;設計硬件的監控子系統、控制器、5G無線數據通信子系統，保障城市軌道交通的信息傳輸及即時通信;在服務器收到客戶端連接請求后，向客戶端返回響應消息，實現軟件通信功能，同時設計了通信信號損耗分析程序;為驗證系統效果設定對比實驗，結果表明，基于5G無線通信技術的城市軌道交通信息傳輸系統能夠有效保證傳輸過程穩定性，降低通信過程丟包率，具有較好的傳輸安全性。

1市軌道交通中傳統通信技術存在的問題

在城市軌道交通中，傳統通信技術的應用存在一些不足之處，傳統的無線通信技術主要為WLAN、LTE，在設備選型時，需要對各項業務進行評估后再選擇。其中，LTE能夠滿足智能運營維護、寬帶視頻、多媒體集群等業務要求，是軌道交通行業發展的熱點。WLAN可以應用在移動辦公、智能運營維護、服務型業務、寬帶視頻等領域，在軌道交通中的應用也已經成熟，但是，頻段之間容易發生信號干擾，安全性還有待提升。在很長一段時期中，我國城市軌道交通是多種技術并存，傳統的通信技術存在諸多問題，影響了軌道交通業務的發展，其建設和維護成本相對較高，缺乏良好的抗干擾能力，傳輸速率也具有局限性，無法支持高速運行和智能化發展。在這一歷史背景下，需要讓城市軌道交通朝著穩定傳輸、更高移動性、多樣化應用方向發展，以更好地滿足人們的智能化體驗，而傳統的技術很難達到這一要求。5G通信技術已經成為解決城市軌道交通問題的實用技術，能夠縮短信息傳輸時間，確保信息傳遞的可靠性、及時性，還可以創建物聯網，讓用戶通信不再單一局限在某個區域，能夠有效提高運營效率，其中的D2D通信功能可以減輕基站負擔，有助于城市軌道交通系統的穩定、安全運行。

2軌道交通5G應用分析

2.1無線高速通信

軌道交通車地無線通信作為保障安全運營的重要環節，承載了以下生產業務：基于通信的列車運行控制系統，完成對車輛安全行駛的控制功能;列車運行狀態監測系統，用于保障車輛運行期間關鍵設備系統的安全運轉;車載視頻監控系統，用于列車內視頻圖像實時上傳;乘客信息系統，用于線網異常情況下的乘客通知及運營服務信息發布。例如列車運行狀態監測應用方面，在4G網絡下，通過在車上部署數據采集處理與發送設備，可實現列車原始數據的分布式收集、本地存儲等功能，但數據量大小和數據速率受限，只能應用于小數據傳輸;大數據傳輸（如走行部記錄文件等）方面需要依靠人工方式實現。引入5G后，可以提高數據量和數據傳輸速率，實現大數據文件實時傳輸，實現對系統及關鍵部件狀態監視、故障預警及健康評估等功能，為列車運行提供遠程診斷與專家技術支持。

2.2強化列車應急防災急救功能

對于城市的軌道交通系統來說，它綜合了安全防護系統、視頻監控系統以及相應的報警系統等多功能子系統集合，以云數據為基礎，通過智能算法等多種方式來不斷完善相應的管理流程與應急解決方案，可以在列車遇到緊急狀況的時候，能夠迅速的為地鐵應急防災提供安全有效的解決處理方案，從而保障人民群眾的生命健康安全。通過應用新一代的城市軌道交通系統，能夠有效的提升列車的運行效率，降低車輛發車的間隔，提升車輛的載客量，并且通過該系統能夠更好的應對列車在運行過程中出現的緊急狀況，讓工作人員能夠及時掌握到現場的實際情況，從而快速制定相應的應急防災處理方案。并且通過加強對于5G通信技術的應用，可以更快的了解到現場的實際狀況，并采用安全防護系統的監控系統功能有效的抓拍各類事故問題，通過無記技術能夠為這些網絡問題處理提供充足的網絡帶寬，全面提升運行效率，提升監控視頻的圖像質量做到實時傳達，從而能夠更加快速有效的處理緊急事件。

2.3 5G系統減小傳輸時延和提高可靠性的技術

低時延高可靠URLLC場景是5G系統的另一個應用場景，URLLC的超可靠性是通過采用魯棒性較強的編碼和調制階數、重復傳輸實現的。而其低時延實現的方法包括將調度時間資源單位進一步細分成mini-slot、采用自包含幀結構、多調度請求并發機制、上行免授權機制、采用多址邊緣計算MEC技術以及HARQ（hybridautomaticrepeatrequest，自動請求重傳）反饋增強技術等。

2.45G通信在設備維護中的應用

在軌道交通中，有大量各異的設備，維護周期長、分布廣，對于維護工作的要求非常高，如果維護工作未做到位，可能造成不可挽回的損失。人工巡檢的方式不僅容易出現錯檢和漏檢問題，且效率非常低，對此，需要構建智能化運營和維護體系，對整個設備的運行情況進行實時監控。借助5G網絡，能夠讓監控從以往的被動維護轉化為事前預警、事中處理，提高了維護工作的質量，能夠為軌道交通的安全、穩定運行奠定基礎。

結語

新型通信技術的快速發展，為城市軌道交通開啟萬物互聯的智慧軌道交通時代提供了重要的基礎建設支撐。在此應用背景下，5G移動通信關鍵技術在城市軌道交通車地通信環境中的應用進行了詳細的分析，值得推廣。

參考文獻

[1]城市軌道交通車地綜合通信系統（LTE-M）總體規范第1部分：系統需求：T/CAMET04005.1-2018[S].北京：中國城市軌道交通協會，2018.