5G通信在城市軌道交通的運(yùn)用淺析

趙彥博

（沈陽地鐵集團(tuán)有限公司，沈陽 110011）

5G通信技術(shù)是基于4G通信技術(shù)升級(jí)而來的，是最新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)。目前，我國正積極推進(jìn)第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研發(fā)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定工作，其中對于城市軌道交通提出了明確的要求，要求有關(guān)單位應(yīng)當(dāng)積極推進(jìn)城市軌道交通信息化建設(shè)和5G通信在高速移動(dòng)下的運(yùn)用研究。在城市軌道交通中運(yùn)用5G通信技術(shù)，是未來城市軌道交通信息化建設(shè)的必然趨勢。

1 5G通信技術(shù)的優(yōu)勢

5G通信技術(shù)具有高數(shù)據(jù)、低延遲、傳輸距離遠(yuǎn)、容量大、抗干擾能力強(qiáng)、資源有效利用等多方面的優(yōu)勢。

1.1 高數(shù)據(jù)速率

5G通信技術(shù)的主要優(yōu)勢就是高數(shù)據(jù)速率。目前，5G通信網(wǎng)絡(luò)已成功在28千兆赫（GHz）波段下達(dá)到了1Gb/s，相比之下，4G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的傳輸速率僅為75Mb/s，并且在未來5G通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率可達(dá)10Gb/s，這意味著手機(jī)用戶在不到一秒時(shí)間內(nèi)即可完成一部高清電影的下載。

1.2 減少延遲

5G通信技術(shù)不僅具有高數(shù)據(jù)速率的優(yōu)勢，并且能夠有效減少網(wǎng)絡(luò)延遲。這是由于5G通信網(wǎng)絡(luò)支持更多端與端的使用率，改善智能手機(jī)的無線網(wǎng)絡(luò)與搜索信息的服務(wù)器之間連接的情況。這樣，在發(fā)送短信、瀏覽網(wǎng)頁或者觀看網(wǎng)絡(luò)視頻是，可以有效改善短信傳遞延遲、頁面加載停滯、視頻播放不流暢等端到端的網(wǎng)絡(luò)連接問題。

2 城市軌道交通中運(yùn)用的通信技術(shù)

在城市軌道交通運(yùn)輸中，其存在的主要問題是當(dāng)列車行駛于有周圍高大建筑物遮擋的軌道或者地表底下時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)信號(hào)不穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)延遲差的現(xiàn)象。這也說明了在鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中利用衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行通信的方面并不能完全改善城市軌道交通運(yùn)輸中存在的問題，因此需要不斷創(chuàng)新發(fā)展通信技術(shù)，以適應(yīng)城市軌道交通能夠安全、可靠的運(yùn)行。隨著近年來通信技術(shù)的不斷發(fā)展，5G通信技術(shù)將會(huì)逐漸商業(yè)運(yùn)用并且廣泛運(yùn)用于城市軌道交通中。其中，在城市軌道交通中，可以承載城市軌道交通系統(tǒng)所產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)信息的綜合數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，稱為城市軌道交通運(yùn)輸系統(tǒng)。而在城市軌道交通運(yùn)輸系統(tǒng)中根據(jù)承載媒介的不同可以具體劃分為兩大類：一是有線通信，二是無線通信。

2.1 有線通信

有線通信在城市軌道交通通信系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，這是由于在城市軌道交通通信系統(tǒng)中，傳輸系統(tǒng)是關(guān)鍵性內(nèi)容，在城市軌道交通中所有的信息傳遞都需要依靠傳輸系統(tǒng)進(jìn)行。因此，為了能夠確保所有信息能夠?yàn)榱熊囆旭偘踩斑\(yùn)行服務(wù)，所以要求傳輸系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有自愈能力，其傳輸媒介則是采用光纖通信作為介質(zhì)，同時(shí)在通信系統(tǒng)分布的各個(gè)連接網(wǎng)絡(luò)中采用802.3有線網(wǎng)絡(luò)。這樣，才能確保傳輸系統(tǒng)可靠性、實(shí)時(shí)性和無阻礙性的作用，才能確保傳輸系統(tǒng)在發(fā)生事故時(shí)及時(shí)、迅速處理的通信服務(wù)能力。

2.2 無線通信

在城市軌道交通通信系統(tǒng)中，除了通過采用有線作為傳輸媒介進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以外，還有通過無線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。無線通信的最大作用就是能夠在發(fā)生緊急事件和行車安全事件時(shí)的通信處理，能夠保證事故發(fā)生時(shí)搶險(xiǎn)人員、作業(yè)人員和列出人員之間的實(shí)時(shí)通信，是一種較為可靠的通信手段。而在無線通信的處理方式上基本分為兩大類：一是列車—地通信，是在以4G通信技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行信息數(shù)據(jù)傳輸，能夠有效的滿足列車網(wǎng)絡(luò)的需求，但是隨著全自動(dòng)無人駕駛的城市軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用，對信號(hào)傳輸及其承載能力要求更高，因此5G通信技術(shù)的應(yīng)用便是必然趨勢；二是車—車通信，在車與車的通信中，其目的是縮短信息傳輸?shù)木嚯x，因此對網(wǎng)絡(luò)通信的要求也很高，這在未來使用5G通信技術(shù)奠定了一定的基礎(chǔ)。

3 5G通信在城市軌道交通中的運(yùn)用

在城市軌道交通通信系統(tǒng)中，其信息傳輸網(wǎng)絡(luò)承載了城市軌道交通運(yùn)行中產(chǎn)生的各種信息，能夠有效的為城市軌道交通各個(gè)部門的運(yùn)行、管理和其他各類數(shù)據(jù)傳輸提供服務(wù)，在城市軌道交通系統(tǒng)中發(fā)揮著安全和高效的重要作用，然而隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，城市建設(shè)發(fā)生了巨大的變化，因此對于城市軌道交通中的通信網(wǎng)絡(luò)要求也越來越高。城市軌道交通系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)不斷發(fā)展并且使用新的通信技術(shù)，以此保證更好的為用戶提供服務(wù)，讓用戶感受更好的乘車體驗(yàn)。因此，以下介紹了5G通信技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用及其可能會(huì)存在的問題。

3.1 5G通信的應(yīng)用

（1）減少列車轉(zhuǎn)換的網(wǎng)絡(luò)延遲

針對車—地通信之間傳輸信息網(wǎng)絡(luò)延遲的問題，可以通過5G通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)，以此加大車—地通信之間信息傳輸?shù)姆秶退俾剩⑶矣行p少列車在轉(zhuǎn)換過程中的網(wǎng)絡(luò)延遲。5G通信在城市軌道交通中的運(yùn)用，將城市軌道交通列車行駛路上的蜂窩覆蓋縮小，使蜂窩密集分布甚至超密集分布，以此有效提高城市軌道交通信息傳輸和接入的速率，同時(shí)擴(kuò)大了通信網(wǎng)絡(luò)的容量。因此，5G通信在城市軌道交通中的運(yùn)用，能夠很好的滿足正在快速發(fā)展的城市軌道交通對通信的需求。

（2）提高列車網(wǎng)絡(luò)連接的安全

為了實(shí)現(xiàn)新一代車—車通信之間的多數(shù)據(jù)、高可靠性和高實(shí)時(shí)性的信息傳輸目的，在城市軌道交通中運(yùn)用5G通信，其通信技術(shù)中超高密集的網(wǎng)絡(luò)分布，能夠持續(xù)不斷地為城市軌道交通列車提供信息傳輸服務(wù)和更高安全性的網(wǎng)絡(luò)連接，然后通過D2D通信實(shí)現(xiàn)在終端之間進(jìn)行數(shù)據(jù)之間傳輸，從而提高車與車之間的信息傳輸及交互能力。

（3）實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶信息傳輸服務(wù)

5G通信在城市軌道交通中的運(yùn)用，還體現(xiàn)在為多個(gè)終端用戶之間的信息提供信息傳輸服務(wù)，這是利用SDMA原理解決在TD-LTE技術(shù)基礎(chǔ)上車與地之間的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)中的問題，有效承載了PIS與信號(hào)系統(tǒng)業(yè)務(wù)，繼而實(shí)現(xiàn)多個(gè)終端用戶同時(shí)進(jìn)行信息傳輸。此外，5G通信在城市軌道交通中的運(yùn)用，其所具備的低延遲、高寬度和高數(shù)據(jù)速率的優(yōu)勢，能夠同時(shí)滿足不同安全等級(jí)之間的信息傳輸需求。因此，在未來城市軌道交通中，5G通信技術(shù)的應(yīng)用前景非常廣闊。

3.2 5G通信可能遇到的問題

5G通信在城市軌道交通中的運(yùn)用前景雖然非常廣闊，但是在運(yùn)用過程中同時(shí)也會(huì)存在或多或少的問題。其可能會(huì)遇到的問題為以下幾個(gè)方面：

（1）5G通信的超密集網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是由多個(gè)網(wǎng)絡(luò)共同存在的，而且在運(yùn)用5G通信時(shí)必須建立能夠?yàn)?G通信使用的專用頻譜，但是目前我國正處于專用頻譜資源緊缺的狀態(tài)，只能夠依靠有限的頻譜進(jìn)行分配。

（2）在5G通信技術(shù)中，其使用的D2D通信技術(shù)，具有干擾性小、節(jié)約成本、較低傳輸成本和提升傳輸效率等優(yōu)勢，但是目前D2D通信還不能夠完全與蜂窩通信實(shí)現(xiàn)資源共享，需要考慮其是通過正交還是復(fù)用的方式進(jìn)行資源共享的問題，以及如何有效提升D2D通信的安全性和可靠性。

（3）5G通信的使用較大的一個(gè)難點(diǎn)，就是要保證5G通信在使用過程中MIMO在僅有的信息傳輸渠道中實(shí)現(xiàn)更多信息傳輸且互不干擾。

（4）5G通信的使用的一個(gè)難題是如何實(shí)現(xiàn)綠色通道，就是要在信息進(jìn)行快速安全的傳輸過程中，有效降低資源的損耗。

（5）5G通信的使用要解決兼容的問題。5G通信是在4G通信的基礎(chǔ)上升級(jí)而來的，因此需要5G通信與4G通信能夠以更低損耗的方式進(jìn)行兼容，針對在5G通信過程中突發(fā)問題能夠及時(shí)轉(zhuǎn)換至另一種通信方式，并且減少5G通信轉(zhuǎn)換的時(shí)間，這樣才能有效避免列車在行駛過程中出現(xiàn)緊急制動(dòng)的問題，從而提高列車運(yùn)行的安全可靠性。

4 結(jié)束語

5G通信具有巨大的技術(shù)優(yōu)勢，并且能夠滿足城市軌道交通通信的需求。因此，5G通信在城市軌道交通中運(yùn)用具有可行性，并且有利于城市軌道交通的發(fā)展，需要針對5G通信可能存在的問題進(jìn)行分析考慮，從而為城市軌道交通能夠?yàn)槲覀兲峁└涌焖?、安全、高效的交通出行服?wù)。