5G無線通信技術在城市軌道交通中的應用

文 / 路雅輝

引言

隨著我國國民經濟的持續快速發展，高新技術產業蓬勃發展,特別是事關現代社會信息傳輸的通信技術更是如此，5G無線通信技術的出現，讓人們的生產生活更加便利而快捷，人們能夠打破空間的限制以最快的速度獲取信息，這對于社會發展而言有百利而無一害。經過不斷地探索和嘗試，5G無線通信技術在城市軌道交通中的應用開始成為人們關注的重要課題之一，對本課題進行研究，有助于提升城市軌道交通行業的穩定性和安全性。

5G通信技術概述

近二十年間我國的科學技術研究成果愈發豐碩，特別是通信技術方面的有關研究課題不斷取得突破，在第四代通信技術完全普及并成熟應用的今天，第五代通信技術也逐漸走進了人們的生活當中，在一些大中型城市率先普及，它所具有的一系列優勢，更使之在商用過程中得到了廣泛的認可和關注，確保了許多行業產業的綜合發展質量。

實際上，5G無線通信技術是基于4G技術而出現的一種新技術，它能夠保證通信速度和通信效率，相比于傳統的通信技術而言，5G無線通信技術顯然具有更加可觀的應用價值，比如其中最具代表性的正交頻分復用技術，就能夠把通信信號反復疊加并確保信號的傳輸穩定性，在不降低信號傳播速度的基礎上完成多路傳輸，這保證了人們網絡通信的速度和效率，在這一技術的支持下，人們得以開拓數據通信并構建通信網絡系統，從而達到提升通信容量的效果。

5G無線通信技術在城市軌道交通中的應用

5G無線通信技術是通信領域的新產物，將其與城市軌道交通系統結合起來，是保障城市軌道交通順利運行、安全運行的必然手段，也是提升我國公共交通業發展質量的必然選擇。和過去的第四代通信技術比較起來，5G無線通信技術具有信息傳輸速度快、信息安全性突出的優勢。

在高速通信中的應用

結合現階段中國的城市軌道交通系統分析結果來看，比較常見的通信系統為LTE-M系統，但是這種系統并非十全十美，它存在受到頻段限制的問題，只能在1785～1805 MHz范圍內發揮作用但是這一頻段同時會受到其他因素的影響，很難保證傳輸效率等，因此一般情況下只能按照10 MHz的頻率進行軌道交通運營信息傳輸。同時，為確保城市軌道交通信息系統的正常運作，還需要把帶寬分成兩部分應用，涉及到兩種冗余方式同時運行，這使得城市軌道交通數據通信模式的數據吞吐量平均為上行通信3.3，下行通信吞吐量平均為8.4。

相比于城市軌道交通視頻信息傳輸所需要的4 Mbit/s（H.264）標準，這樣的帶寬往往并不能滿足信息傳輸的實際需求，在同一個區域內需要同時進行信息傳輸的兩列車輛，往往會存在多列圖像傳輸和通信傳輸遲滯的問題，應用效果比較一般。而5G無線通信技術在城市軌道交通中的應用則解決了這個問題，5G無線通信技術當中的許多技術都能夠保證通信頻率，和現在應用的寬帶系統比較起來，5G無線通信技術當中包含大量高級的頻段，能夠解決頻率范圍過小、傳播信號容易被覆蓋等問題，確保高速和短距離通信效果。借助各種各樣的技術手段，5G無線通信技術下的通信頻率效率可以比4G通信提高5至10倍。

不難看出，5G無線通信技術能夠在城市軌道交通的高速通信中發揮積極作用，盡快普及5G無線通信技術，是提升城市地區軌道交通運行效率、降低施工量的必然選擇。

在端到端通信中的應用

現階段來看，在CBTC控制列車的系統中，為保證列車能夠正常穩定運行，寬帶會分成A和B兩種冗余方式進行通信工作，這兩種通信網絡之間互不影響、獨立存在，在過去的很長一段時間里，這樣的通信模式發揮了積極作用，但時至今日，這種模式下線路網絡建設的通信設備使用費用過高、工程費過高等問題越來越明顯。

同時，傳統的城市軌道交通通信系統還具有工期比較長、運行維護十分困難的問題，不符合新時期我國城市軌道交通發展的具體需求。而5G無線通信技術在城市軌道交通中的應用解決了這一問題，它不涉及到基站建設等問題，而是通過裝備之間進行數據通信的D2D(縱向間)通信技術，保證信息的有效穩定傳輸。所謂的D2D通信是一種重復通信方式，它的應用讓鐵路網絡故障能夠及時得到彌補和處理，車輛之間可以直接進行通信，了解對方的運行情況和相互位置等，從而保證城市軌道交通的安全運行。

總體來說，5G無線通信技術在城市軌道交通中的應用具有一定的現實價值，保證端對端通信的順利進行，特別是D2D通信技術更是讓列車之間的溝通不再需要額外的媒介，保證了溝通的順暢性。

海量用戶超密集組網

5G無線通信技術的應用越來越廣泛，通信帶也在持續不斷地擴大當中，這使得其流量傳輸能力越來越高，在城市軌道交通海量用戶密集組網當中的應用效果也由此得到了提升。

從實際的城市軌道交通通信情況來看，對現有車輛和地面用有線連接起來的集團網絡設備進行改造，使之一部分通過無線網絡進行連接，必然能夠讓電線分散部署設備的數量得到降低，從而達到保證設備安裝或維護靈活性的效果。

同時，為了確保整個系統的安全性，還需要通過使用無線傳感器設備和防盜設備的方式，規避信號丟失泄露等一系列風險，在無線網絡支持下，對城市軌道交通車輛設備的狀態進行在線采集、在線分析，能夠第一時間確定設備是否正常運行、設備故障和故障風險種類等，而軌道交通控制中心的工作人員也能在5G無線通信技術的支持下，順利及時地獲取設備故障信息，并采取措施保證車輛正常運行。

在大規模天線列陣中的應用

5G無線通信技術在城市軌道交通中的應用不僅僅集中在上文中提到的幾方面，它還能在大規模天線列陣中發揮獨特的作用，相比傳統的通信技術，5G無線通信技術所具有的技術優勢更加明顯，借助天線空分特性，使同一頻率的資源能夠為不同用戶同時提供信息支持，在保證頻譜效率的基礎上，解決了傳統模式下數據信息傳輸不可靠的問題。

從某種程度上來說，5G無線通信技術在城市軌道交通中的應用，使城市化愈發成熟背景下軌道交通設備接入量越來越大的問題得到了妥善解決，它能夠通過波束賦形優化列車抗干擾能力，使波束傳播的方向性更突出，這樣一來就可以根據信號判斷列車的位置和行駛軌跡等，為保證城市軌道交通的安全性提供強有力的支持。

在城市軌道可靠性優化中的應用

5G無線通信技術在城市軌道交通中的應用，是提升城市軌道交通系統自動化和系統化水平的必然選擇，比如跟蹤間隔是衡量列車控制系統性能的重要指標，決定著城市軌道交通車輛的運行穩定性，利用5G無線通信技術對跟蹤效率進行提升，就能夠從根本上保證城市軌道交通的可靠性和安全性。

在綠色通信中的應用

為進一步促進我國通信行業可持續發展，提出了綠色通信的發展新目標，而5G無線通信技術在城市軌道交通中的應用，恰好能夠實現這一目標。城市軌道交通是我國公共交通運輸業的重要組成部分，因此在構建通信系統的時候，必須要考慮到環保型、資源節約性等問題，5G無線通信技術的應用，降低了基礎設施建設的費用和能耗，對于促進城市軌道交通的綠色化發展意義重大。

5G通信技術應用的注意事項

現階段我國的5G無線通信技術已經比較成熟，在世界范圍內也處于領先地位，將5G無線通信技術應用到城市軌道交通中去，是一種極具現實價值的嘗試，但是也不可避免地會遇到各種各樣的問題，為確保5G無線通信技術在城市軌道交通中的應用質量，需要關注以下幾方面問題:

第一，在以5G無線通信技術為基礎擴大通信覆蓋范圍的過程中，其頻譜效率會得到提升、系統通信容量也會得到擴展，在這種情況下必須要采取措施對現有頻譜資源進行合理應用設計，結合城市軌道交通通信的不同需求，對網絡設計進行適當地調整。另外，還需要認識到不同算法的不同特征，從而根據城市軌道交通系統頻發切換需求，避免城市軌道交通通信不穩定的問題。

第二，利用D2D通信技術提升城市軌道交通通信質量，已經成為工作的重中之重，而為了使之更好地發揮作用，工作人員必須要考慮到這一技術在蜂窩網絡中的應用問題，加大力度提升其與蜂窩網絡資源共享的速度和穩定性。

第三，5G無線通信技術在城市軌道交通中的應用具有一定的難度，因此不可能一蹴而就，工作人員必須要始終堅持逐步推進的原則，在現有的第四代通信技術的基礎上，對通信系統進行升級改造，在保證原有系統能夠正常發揮作用的情況下，適當引入5G無線通信技術，從而確保在5G無線通信技術不能正常發揮作用的情況下，其他通信方式仍然能夠正常運行，避免5G無線通信技術在城市軌道交通中的應用風險。

結語

5G無線通信技術應用到城市軌道交通當中，能夠保障城市軌道交通的通信穩定性及運行可靠性，促進城市軌道交通更加自動化、智能化、標準化、系統化、綠色化發展，具有不可估量的現實價值。