淺談高速鐵路通信系統在5G環境下的應用

張弛

摘? 要： 高速鐵路通信系統的構建是影響高鐵運營質量的重要工作， 在5G網絡推廣普及的情況下， 高速鐵路通信系統的建設擁有了較為理想的基礎 條件。5G移動通信技術在鐵路行業中的應用成為鐵路無線通信發展的方向，文章就高速鐵路通信系統在5G環境下的應用進行分析探討。

關鍵詞： 5G;鐵路通信;智能應用

引言

目前，中國鐵路建設事業在科技力量的驅動下，逐漸迎來了全新的發 展機遇與挑戰。結合當前的發展情況來看，以大數據技術以及云計算技術 為主的先進技術已經廣泛應用于鐵路建設事業當中，尤其是在高速鐵路建 設體系當中。在上述技術的驅動下，智能化調度、監控以及安全管理儼然 成為當下高速鐵路的發展方向。 2018年由中國制造的智能高鐵在京沈高鐵 路線正式試行，其中，以自動駕駛系統為主的智能系統被應用于高鐵建設 體系當中。可以說，無人駕駛將會成為未來高鐵行業的目標方向。在這樣 的發展趨勢下，高鐵鐵路通信系統應該及時解決當前系統穩定性差、承載 效果不足的問題，為高鐵鐵路運行的安全性與穩定性提供內在驅動力。

1 5G 移動通信技術

第五代移動通信技術（ 5G ）是第四代移動通信技術（ 4G ）之后的新 一代移動通信技術。 5G的核心性關鍵技術主要包括大規模MIMO技術、網 絡體系架構、超密集組網、全頻譜式接入和全雙工通信技術。相較于4G技 術， 5G具有顯著的優勢， 包括數據傳輸速度快， 網絡速度高達4G技術的 100倍，帶寬是4G技術的1000倍，網絡延時縮短至 ≤ 1ms，實現了端與端 延時毫秒級，能精確地對準時間，給用戶提供更加優質的使用體驗;而且 5G網絡容量超大，可接入眾多設備進行工作， 覆蓋范圍廣泛， 進而滿足物 聯網的需求實現萬物互聯，能耗與成本較低，適用范圍更加廣泛。

2 國內外高速鐵路通信系統發展現狀

高鐵列車的智能化、無人化對鐵路移動通信的可靠性、安全性提出 了更高的要求，而列車旅客攜帶的智能手機、筆記本電腦、平板電腦等移 動智能設備對鐵路移動通信的無線寬帶及通話等服務提出了更高的要求。 隨著中國高速鐵路的發展，與之配套的鐵路移動通信系統也應不斷發展以 滿足可靠性、穩定性、安全性以及大容量等多方面的要求。現在國際上比 較常見的應用于高速鐵路的通信系統主要為GSM-R? （綜合專用數字移動通 信系統），該系統可以實現對列車的調度、監控及管理，也可以滿足旅客 的簡單通信要求。但隨著智能調度以及視頻監控等列車安全輔助系統的應 用，現有的技術已經無法滿足高速鐵路通信的高速數據傳輸要求，且現有 方案不利于旅客的智能手機等智能便攜設備接入專用移動網絡，這也導致 旅客在列車上的通話、網絡連接等體驗不佳。在乘坐高鐵列車時，會進入 不同的通信基站范圍，為了保證通話和網絡連接不間斷，系統會自動進行 切換，當高鐵列車以350千米每小時運行時，這種系統的自動切換每6秒就 要發生一次，以現有的鐵路通信技術，難以保證這種切換的穩定性。除此 之外，還需要考慮其他因素的影響，如當高鐵正常運行時，由于運動速度 過快， 且4G（第四代移動通信技術）系統頻率較高，由于多普勒效應的影 響會導致信號錯位，多徑效應等也會對信號的傳輸造成影響。現有的通信 技術，如4G系統會應用一些補償算法對這些有害效應進行一定程度的抑 制，但效果并不理想，這也導致在高鐵列車上3 5G環境下高速鐵路通信系 統的應用分析

2.1? 提升高速鐵路智能管控系統成熟度

要加強對5G通信系統構成情況的考察，結合列車的運行特征，對實 施監控系統的基礎性保障加以分析，以便高速鐵路的通信系統可以為列 車檢測設備的成熟應用提供必要支持，從而滿足高鐵列車路軌的構建和使 用需要，并保證相應的監督管理措施得到改良。要對高鐵列車運行過程中 的系統數據內容加以分析，并對系統運行過程中的各類故障進行精準的檢 測，結合高速鐵路智能管控系統的實際應用需要，構建符合故障管控需求 的具體策略，使列車運行質量的各方面影響因素得到有效明確，進而滿足5G通信系統的推廣普及需要。要對高速鐵路列車的信息時延情況進行特征 分析，并從信息資源的毫秒級傳輸角度出發，制定設備連接密度的管控方 案，為列車的穩定運行提供必要支持。

2.2? 加快完善輔助式衛星定位系統

在針對高速鐵路進行衛星定位系統設計過程中，一定要對5G環境下的 信號傳輸難點加以分析，并對高鐵列車沿線的地形地貌特征予以研究，使 隧道和樹木等影響因素得到充分明確，保證高鐵列車的運營可以有效滿足 5G通信環境下的信息傳導需要。要加強對衛星信號發射過程的關注，并對 高鐵列車運行質量的影響因素進行全面總結，以便高層建筑物等因素對高 速鐵路的影響可以得到明確認定， 以此實現對5G通信系統的成熟應用。高 鐵列車還需要加強對5G網絡實際應用價值的總結， 使衛星輔助數據可以得 到進一步優化，確保高鐵具體的方位信息得到明確。

2.3? 5G系統下乘客用網的應用分析

近些年來，隨著移動設備與移動網絡的規模化發展，移動設備在線 視頻觀看頻率已經超出傳統在線視頻觀看時長。目前，隨著移動視頻的普 及應用，移動視頻清晰度已經從原本的標清提升到高清，乃至當前的4K超 清。但是從當前的情況來看，現有的4G系統難以滿足4K超清的要求， 且在 帶寬穩定性方面也難以達到規定要求。

2.4? 網絡化行車控制

5G技術擁有高帶寬，能實現毫秒（ ms ）極端到端時延，可以支持 500km/h以上的超高移動性速率，因此能夠穩定、可靠地實現各類車載設備 間和車地設備間的通信，可以實時監控列車運行，實現自動化調度和主動 安全控制功能;實時監測列車及行車線路狀態，將路軌狀況、列車狀況等 上傳到數據庫，再通過實時分析，對可能出現的故障進行檢測及預判，提 出合理的解決方案，從而減小了列車運行中的故障率，保障了列車的運行 安全。這也為未來實現無人駕駛、遠程駕駛或者增強現實（ AR ）智能駕駛 技術，打造下一代自動駕駛系統等智能鐵路的行車控制系統提供了可能。

2.5? 調度通信

5G網絡滿足超高流量密度運用，可達到每平方公里數十Tb/s的流量 密度，具備Gb/s級的用戶體驗速率，可以滿足列車無線列調區段內的調度 員、車站值班員和機車司機、車長之間的無線通信。除了通過數字調度通 信系統中的調度電話、專用電話、站間區間電話等傳統調度語音通信外， 還可以進行視頻通話等功能。由于具備完整的優先級處理、質量保證機制 和集群調度功能，可用于控制中心調度與各站、段值班員、司機之間的單 呼、組呼、全呼、強插、強拆等不同優先級通話等調度通信業務。

4 結束語

5G技術的應用為高速鐵路優化通信系統提供了高水平支持。因此，對目前高速鐵路通信系統在5G環境下應用存在的問題加以總結， 并制定符合 5G環境特征的高速鐵路通信系統改進策略，對提升高速鐵路通信系統的總 體構建質量，具有十分重要的意義。

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