通信技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用研究

李祥

摘 要 隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程在不斷加快，城市面臨的人口壓力也在與日俱增，給城市交通帶來了很大的壓力。當(dāng)前，在城市軌道交通中，輕軌和地鐵是兩種主要的組成部分，其對節(jié)能能源和緩解交通壓力帶來了不可磨滅的貢獻(xiàn)。而通信技術(shù)在城市軌道交通安全、穩(wěn)定運(yùn)營中發(fā)揮了重要作用，基于此，文章就5G通信技術(shù)在城市軌道中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞 5G通信技術(shù);城市軌道;應(yīng)用

15G 介紹

隨著移動(dòng)通信需求的不斷增長，新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)——5G 將在未來幾年內(nèi)逐漸商用。屆時(shí)，5G依據(jù)以往發(fā)展的規(guī)律會(huì)在多個(gè)方面的性能有所突破，特別是頻譜利用率和能效將有較大提升，使得在傳輸速率和資源利用率方面會(huì)提高 1個(gè)數(shù)量級(jí)甚至更高。另外，5G將在傳輸延時(shí)、可靠性、安全性、覆蓋能力等方面獲得較大的性能提升。5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域也將進(jìn)一步擴(kuò)展，將增加端對端（D2D，Device-to-Device）通信功能，同時(shí)增強(qiáng)對海量傳感設(shè)備及機(jī)器對機(jī)器（M2M，Machine-to-Machine）通信的支撐能力，從而促進(jìn)未來萬物互聯(lián)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。5G不僅讓用戶的體驗(yàn)更好，而且能夠滿足更多行業(yè)、不同應(yīng)用領(lǐng)域的特定需求[1]。

25G技術(shù)特點(diǎn)

（1）5G技術(shù)更加注重用戶體驗(yàn)，同時(shí)不斷推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新?？傮w來說，網(wǎng)絡(luò)流量、傳輸時(shí)延、虛擬現(xiàn)實(shí)、3D應(yīng)用、交互式游戲等成為評價(jià)5G技術(shù)應(yīng)用效果的重要技術(shù)指標(biāo)。

（2）同傳統(tǒng)移動(dòng)通信技術(shù)有所不同，5G不再將點(diǎn)對點(diǎn)的信道傳輸、物理層作為核心技術(shù)，而是從多點(diǎn)傳輸、多用戶、多天線、多小區(qū)組網(wǎng)作為重點(diǎn)技術(shù)，在技術(shù)架構(gòu)上尋求功能提升和創(chuàng)新突破，力求帶給用戶不同尋常的通信體驗(yàn)。

（3）在5G網(wǎng)絡(luò)中將會(huì)使用更多的高頻段頻譜資源，但是高頻段無線電波傳輸能力較弱，無線與有線相結(jié)合的信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)將會(huì)廣泛應(yīng)用。

（4）5G無線網(wǎng)絡(luò)具備“軟”配置能力，這決定了其未來將會(huì)成為主流發(fā)展趨勢。通信運(yùn)營商可根據(jù)客戶需求變化靈活調(diào)整網(wǎng)絡(luò)資源，最大程度壓縮網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成本。

3通信技術(shù)的應(yīng)用

城市軌道交通主要包括無線通信和有線通信，在現(xiàn)在的軌道交通通信中，無線通信得到了非?？焖俚陌l(fā)展，基本上可以實(shí)現(xiàn)搶險(xiǎn)人員的實(shí)時(shí)通信，節(jié)約一定的時(shí)間，5G通信技術(shù)的運(yùn)用成為切實(shí)可行的方式方法，能夠縮短信息傳送的時(shí)間，奠定了5G技術(shù)的使用地位;而有線通信也是軌道交通十分重要的一環(huán)，能夠保證信息傳遞的及時(shí)性與可靠性，提高事故處理的能力。

可以說，5G通信技術(shù)的應(yīng)用范圍還是很廣的，隨著城市化進(jìn)程的加快，基本交通設(shè)施必須與之相匹配才能促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，通過通信技術(shù)的發(fā)展可以構(gòu)建大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)，讓物體之間的連接不受地域的限制，人們能夠隨時(shí)隨地進(jìn)行通訊;同樣5G技術(shù)運(yùn)用到列車運(yùn)營也可以提高軌道交通的運(yùn)營效率，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連接，促進(jìn)技術(shù)與交通的不斷發(fā)展。

45G通信技術(shù)在軌道交通的運(yùn)用

4.1 海量用戶超密集組網(wǎng)

隨著5G網(wǎng)絡(luò)通信帶寬大幅提高，5G網(wǎng)絡(luò)可以承載更多的業(yè)務(wù)，同時(shí)允許大量無線設(shè)備組網(wǎng)通信?，F(xiàn)有車載、地面有線連接組網(wǎng)的設(shè)備，部分可以改為無線組網(wǎng)方式，從而減少大量的布線，同時(shí)設(shè)備可以靈活地分布放置，從而降低需較大空間集中放置設(shè)備的需求，另外也便于設(shè)備的安裝和維護(hù)。為了增加系統(tǒng)的安全性、可靠性，可適當(dāng)增加無線傳感器設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備，通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)采集車載設(shè)備和軌旁設(shè)備的狀態(tài)，進(jìn)行在線大數(shù)據(jù)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障和潛在問題，并及時(shí)反饋給控制中心和相關(guān)人員，第一時(shí)間獲得準(zhǔn)確的信息，對出現(xiàn)的問題進(jìn)行精確定位，從而保障列車安全、高效運(yùn)營。以上這些業(yè)務(wù)面臨大量的終端接入問題。5G技術(shù)將支持海量終端接入，同時(shí)根據(jù)終端的特點(diǎn)提供不同的帶寬、優(yōu)先級(jí)、安全認(rèn)證方式等，這為5G更加廣泛應(yīng)用提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

4.2 低延時(shí)，高可靠

追蹤間隔保證列車以一定的時(shí)間間隔在線路上互不干擾地運(yùn)行，不僅是衡量列車運(yùn)行控制系統(tǒng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一，也是保證運(yùn)營效率的重要參考。無線通信是CBTC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)較小追蹤間隔的基礎(chǔ)，而通信延遲是無線通信過程中普遍存在的問題，會(huì)造成車載和地面設(shè)備對信息使用不同步，可靠性降低，對列車追蹤間隔、運(yùn)行安全和效率產(chǎn)生影響。按照《城市軌道交通裝備技術(shù)規(guī)范》，要求通信系統(tǒng)單路單向傳輸時(shí)延不超過150ms的概率不小于98%，不超過2s的概率不小于99.92%。根據(jù)不同通信時(shí)延下列車追蹤間隔和最優(yōu)速度值可知，在沒有通信延時(shí)的理想情況下，列車追蹤間隔為33.06s，當(dāng)延時(shí)為200ms時(shí)，列車追蹤間隔為38.27s。應(yīng)用5G技術(shù)，可將端到端的延時(shí)降低至1ms以內(nèi)，這將使運(yùn)行間隔進(jìn)一步縮短，使得虛擬聯(lián)掛、編組運(yùn)行成為可能。另外，通信延時(shí)減小，可增加系統(tǒng)的可靠性，提高運(yùn)行安全。

4.3 基于小蜂窩技術(shù)應(yīng)用通信技術(shù)

城市軌道交通在不斷發(fā)展，加強(qiáng)傳輸信息的長度和寬度是十分重要的，基于小蜂窩技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，城市軌道交通需要密集使用小蜂窩技術(shù)，保障每個(gè)蜂窩的覆蓋范圍，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的提高，從而有效應(yīng)對各種突發(fā)情況，提高列車運(yùn)行速度，滿足城市軌道交通的需求，提高5G通信技術(shù)的應(yīng)用范圍。

4.4 大規(guī)模天線陣列

大規(guī)模天線陣列有望應(yīng)用于5G網(wǎng)絡(luò)，可以通過天線空分特性，使相同時(shí)頻資源能同時(shí)服務(wù)若干用戶，不僅能夠提高頻譜效率，而且增加了傳輸?shù)目煽啃?。這項(xiàng)技術(shù)不僅能夠解決將來在軌道交通中海量設(shè)備接入的問題，而且利用波束賦形可以提高車地通信系統(tǒng)的抗干擾能力。由于波束賦性使波束傳播具有一定的方向性，利用此特性還可以間接獲得列車大致位置，輔助判斷列車運(yùn)行位置，追蹤列車運(yùn)行軌跡，適合在車輛段、換乘站以及地面段等空間開闊的場景使用。

5結(jié)束語

通過全面分析5G發(fā)展趨勢和過程，可以看出在城市軌道交通上應(yīng)用5G技術(shù)還需要進(jìn)行充分性、必要性及可實(shí)施性論證;特別是在穩(wěn)定性、安全性、無線頻譜帶寬及隧道通信應(yīng)用特點(diǎn)等方面，需要進(jìn)行專門系統(tǒng)的研究。同5G技術(shù)相比，LTE制式的無線通信技術(shù)有明顯優(yōu)勢，更加適合城市軌道交通通信環(huán)境。如果能夠?qū)ETRA和Wi-Fi等通信技術(shù)融合起來，科學(xué)規(guī)劃和布局，可以提高城市軌道交通通信資源，這比較符合當(dāng)前的城市軌道交通發(fā)展需要。

參考文獻(xiàn)

[1] 錢承遠(yuǎn).5G移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)的分析及其未來發(fā)展前景[J].通訊世界，2017（14）：125-126.