城市軌道交通中5G通信技術(shù)的應(yīng)用

杜躍龍

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)和信息技術(shù)的快速發(fā)展，軌道交通作為城市動(dòng)脈和大眾化的交通工具，是國(guó)家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、民生改善和城市安全起著不可替代的作用?！吨袊?guó)城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》指出，要利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、5G等技術(shù)，構(gòu)建安全、便捷、高效、綠色、經(jīng)濟(jì)的新一代中國(guó)式智慧型城市軌道交通。隨著對(duì)移動(dòng)通信需求的持續(xù)增長(zhǎng)，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(shí)現(xiàn)更大的性能改進(jìn)，并在城市軌道交通車地通信、運(yùn)行監(jiān)測(cè)、網(wǎng)絡(luò)覆蓋、大數(shù)據(jù)分析等復(fù)雜場(chǎng)景數(shù)字化應(yīng)用將不斷深入，成為實(shí)現(xiàn)城市軌道交通智能化的重要支撐。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;5G通信技術(shù);應(yīng)用

引言

目前提出的城市軌道交通信息傳輸系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性較差，導(dǎo)致丟包率過高;基于5G無(wú)線通信技術(shù)設(shè)計(jì)一種新的城市軌道交通信息傳輸系統(tǒng)，利用列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)、區(qū)域控制系統(tǒng)、車載控制系統(tǒng)、聯(lián)鎖控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)等構(gòu)建系統(tǒng)框架;設(shè)計(jì)硬件的監(jiān)控子系統(tǒng)、控制器、5G無(wú)線數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)，保障城市軌道交通的信息傳輸及即時(shí)通信;在服務(wù)器收到客戶端連接請(qǐng)求后，向客戶端返回響應(yīng)消息，實(shí)現(xiàn)軟件通信功能，同時(shí)設(shè)計(jì)了通信信號(hào)損耗分析程序;為驗(yàn)證系統(tǒng)效果設(shè)定對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，基于5G無(wú)線通信技術(shù)的城市軌道交通信息傳輸系統(tǒng)能夠有效保證傳輸過程穩(wěn)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(tǒng)通信技術(shù)存在的問題

在城市軌道交通中，傳統(tǒng)通信技術(shù)的應(yīng)用存在一些不足之處，傳統(tǒng)的無(wú)線通信技術(shù)主要為WLAN、LTE，在設(shè)備選型時(shí)，需要對(duì)各項(xiàng)業(yè)務(wù)進(jìn)行評(píng)估后再選擇。其中，LTE能夠滿足智能運(yùn)營(yíng)維護(hù)、寬帶視頻、多媒體集群等業(yè)務(wù)要求，是軌道交通行業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)。WLAN可以應(yīng)用在移動(dòng)辦公、智能運(yùn)營(yíng)維護(hù)、服務(wù)型業(yè)務(wù)、寬帶視頻等領(lǐng)域，在軌道交通中的應(yīng)用也已經(jīng)成熟，但是，頻段之間容易發(fā)生信號(hào)干擾，安全性還有待提升。在很長(zhǎng)一段時(shí)期中，我國(guó)城市軌道交通是多種技術(shù)并存，傳統(tǒng)的通信技術(shù)存在諸多問題，影響了軌道交通業(yè)務(wù)的發(fā)展，其建設(shè)和維護(hù)成本相對(duì)較高，缺乏良好的抗干擾能力，傳輸速率也具有局限性，無(wú)法支持高速運(yùn)行和智能化發(fā)展。在這一歷史背景下，需要讓城市軌道交通朝著穩(wěn)定傳輸、更高移動(dòng)性、多樣化應(yīng)用方向發(fā)展，以更好地滿足人們的智能化體驗(yàn)，而傳統(tǒng)的技術(shù)很難達(dá)到這一要求。5G通信技術(shù)已經(jīng)成為解決城市軌道交通問題的實(shí)用技術(shù)，能夠縮短信息傳輸時(shí)間，確保信息傳遞的可靠性、及時(shí)性，還可以創(chuàng)建物聯(lián)網(wǎng)，讓用戶通信不再單一局限在某個(gè)區(qū)域，能夠有效提高運(yùn)營(yíng)效率，其中的D2D通信功能可以減輕基站負(fù)擔(dān)，有助于城市軌道交通系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

2軌道交通5G應(yīng)用分析

2.1無(wú)線高速通信

軌道交通車地?zé)o線通信作為保障安全運(yùn)營(yíng)的重要環(huán)節(jié)，承載了以下生產(chǎn)業(yè)務(wù)：基于通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，完成對(duì)車輛安全行駛的控制功能;列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于保障車輛運(yùn)行期間關(guān)鍵設(shè)備系統(tǒng)的安全運(yùn)轉(zhuǎn);車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)，用于列車內(nèi)視頻圖像實(shí)時(shí)上傳;乘客信息系統(tǒng)，用于線網(wǎng)異常情況下的乘客通知及運(yùn)營(yíng)服務(wù)信息發(fā)布。例如列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)用方面，在4G網(wǎng)絡(luò)下，通過在車上部署數(shù)據(jù)采集處理與發(fā)送設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)列車原始數(shù)據(jù)的分布式收集、本地存儲(chǔ)等功能，但數(shù)據(jù)量大小和數(shù)據(jù)速率受限，只能應(yīng)用于小數(shù)據(jù)傳輸;大數(shù)據(jù)傳輸（如走行部記錄文件等）方面需要依靠人工方式實(shí)現(xiàn)。引入5G后，可以提高數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)傳輸速率，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)文件實(shí)時(shí)傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)及關(guān)鍵部件狀態(tài)監(jiān)視、故障預(yù)警及健康評(píng)估等功能，為列車運(yùn)行提供遠(yuǎn)程診斷與專家技術(shù)支持。

2.2強(qiáng)化列車應(yīng)急防災(zāi)急救功能

對(duì)于城市的軌道交通系統(tǒng)來(lái)說，它綜合了安全防護(hù)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及相應(yīng)的報(bào)警系統(tǒng)等多功能子系統(tǒng)集合，以云數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過智能算法等多種方式來(lái)不斷完善相應(yīng)的管理流程與應(yīng)急解決方案，可以在列車遇到緊急狀況的時(shí)候，能夠迅速的為地鐵應(yīng)急防災(zāi)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(yīng)用新一代的城市軌道交通系統(tǒng)，能夠有效的提升列車的運(yùn)行效率，降低車輛發(fā)車的間隔，提升車輛的載客量，并且通過該系統(tǒng)能夠更好的應(yīng)對(duì)列車在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的緊急狀況，讓工作人員能夠及時(shí)掌握到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，從而快速制定相應(yīng)的應(yīng)急防災(zāi)處理方案。并且通過加強(qiáng)對(duì)于5G通信技術(shù)的應(yīng)用，可以更快的了解到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀況，并采用安全防護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)功能有效的抓拍各類事故問題，通過無(wú)記技術(shù)能夠?yàn)檫@些網(wǎng)絡(luò)問題處理提供充足的網(wǎng)絡(luò)帶寬，全面提升運(yùn)行效率，提升監(jiān)控視頻的圖像質(zhì)量做到實(shí)時(shí)傳達(dá)，從而能夠更加快速有效的處理緊急事件。

2.3 5G系統(tǒng)減小傳輸時(shí)延和提高可靠性的技術(shù)

低時(shí)延高可靠URLLC場(chǎng)景是5G系統(tǒng)的另一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，URLLC的超可靠性是通過采用魯棒性較強(qiáng)的編碼和調(diào)制階數(shù)、重復(fù)傳輸實(shí)現(xiàn)的。而其低時(shí)延實(shí)現(xiàn)的方法包括將調(diào)度時(shí)間資源單位進(jìn)一步細(xì)分成mini-slot、采用自包含幀結(jié)構(gòu)、多調(diào)度請(qǐng)求并發(fā)機(jī)制、上行免授權(quán)機(jī)制、采用多址邊緣計(jì)算MEC技術(shù)以及HARQ（hybridautomaticrepeatrequest，自動(dòng)請(qǐng)求重傳）反饋增強(qiáng)技術(shù)等。

2.45G通信在設(shè)備維護(hù)中的應(yīng)用

在軌道交通中，有大量各異的設(shè)備，維護(hù)周期長(zhǎng)、分布廣，對(duì)于維護(hù)工作的要求非常高，如果維護(hù)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(xiàn)錯(cuò)檢和漏檢問題，且效率非常低，對(duì)此，需要構(gòu)建智能化運(yùn)營(yíng)和維護(hù)體系，對(duì)整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。借助5G網(wǎng)絡(luò)，能夠讓監(jiān)控從以往的被動(dòng)維護(hù)轉(zhuǎn)化為事前預(yù)警、事中處理，提高了維護(hù)工作的質(zhì)量，能夠?yàn)檐壍澜煌ǖ陌踩?、穩(wěn)定運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

結(jié)語(yǔ)

新型通信技術(shù)的快速發(fā)展，為城市軌道交通開啟萬(wàn)物互聯(lián)的智慧軌道交通時(shí)代提供了重要的基礎(chǔ)建設(shè)支撐。在此應(yīng)用背景下，5G移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)在城市軌道交通車地通信環(huán)境中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的分析，值得推廣。

參考文獻(xiàn)

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