城市轨道交通5G通信技术的应用展望--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

城市轨道交通5G通信技术的应用展望

发表时间：2021/3/26 来源：《中国科技信息》2021年3月作者：王海洋

[导读] 随着我国的城市轨道交通行业不断发展，迅速增长的设备连接量和数据流量对城市轨道交通场景内的无线通信网络提出了更高的要求，也使得5G技术在城市轨道交通中的应用成为了未来的趋势。

西安市轨道交通集团有限公司运营分公司西安王海洋 710016

摘要：随着我国的城市轨道交通行业不断发展，迅速增长的设备连接量和数据流量对城市轨道交通场景内的无线通信网络提出了更高的要求，也使得5G技术在城市轨道交通中的应用成为了未来的趋势。本文主要就5G技术的优势及在轨道交通行业中的应用做出简要探讨。
关键词：城市轨道交通；5G；D2D通信；车地通信、车-车通信
        引言：近几年，随着信息技术的不断发展和普及，5G通信技术已经得到了研究和发展，它被应用到了城市的轨道交通过程中。5G通信技术具有移动性高和覆盖范围大等特点，特别是5G通信技术在我国城市轨道交通过程中的应用，它不仅为乘客们的通话提供了便利，还在一定程度上提高了城市轨道交通系统的安全性、可靠性和稳定性，从而为乘客们的生命安全也提供了一定的保障，促进了我国城市轨道在未来科技中的稳定发展。
        1. 5G 通信技术优势
        相比于4G技术，5G技术的优势更多，主要体现在移动通信技术在未来将逐渐朝着高频段方向发展、足够量的可用宽带、天线与设备的小型化以及较高天线增益，是高频段毫米波移动通信的优势所在。其所采用的如高频段数据通信技术、多载波技术、多址技术、D2D 通信技术、密集网络等技术功能必将带来网络性能改善、网络功能扩展，顺利推动4G网络向5G网络的成功转换。5G网络频谱效率、传输速率、网络容量、移动速度、能源效率及端到端时延、效率分别是4G网络的 5～10倍、10～100倍、1000倍、2倍、100倍、1/10、100倍，性能提升显著。另外，对于距离比较近的用户来说，通过使用D2D通信，能降低传输功率，且能达到节省能源的效果。该技术在安全性、可靠性方面具有显著优势，将其应用在城市轨道中具有重要价值。
        2. 城市轨道交通中5G通信技术的应用展望
        2.1 大幅提升列车信息传输速率
        城市轨道交通当前所使用的LTE-M系统频段为1785～1805MHz，因受到不同频率资源的使用限制，城轨批准使用带宽也仅为10MHz，10MHz带宽又进一步分为5MHz的A网和5MHz的B网，通信方式冗余。对于业务最小单位的情况而言，5MHz带宽的通信速率无法满足综合承载列车运行的不同业务数据信息传输速率要求，如遇多业务并发的情况，单网承载根本无法满足信息传输要求。通过设计承载不同业务系统的多个网络解决此类问题，势必会增加网络建设的复杂程度及后期维护的难度。而5G网络通过多种技术的运用可增大频谱效率，在原有带宽下能加快通信速率，其对更高频段的采用能缓解频谱资源的紧张情况，传输速率可提升5～10倍，上行通信和下行通信的平均通信速率能提升至18.5～37.5Mbit/s及42～85Mbit/s，既能通过单网综合承载列车运行的不同业务数据信息传输，还能简化网络设计的复杂程度、降低建设成本，满足更多业务所需。
        2.2 低延时与高可靠性
        追踪间隔是衡量列车运行控制系统性能好坏及运行效率的关键性指标，CBCT系统追踪间隔的实现以无线通信为基础，当前无线通信普遍存在的通信延迟问题会造成车载设备与地面设备信息使用的异步性，影响列车追踪间隔、安全运行效率等。基于列车追踪间隔及最佳速度值判断，在通信时延为0和200ms时，列车追踪间隔分别为 33.06s 和 37.28s。而通过 5G 通信技术，上述时延可降至1ms以内，可缩短运行间隔，实现编组运行与虚拟联挂，系统运行的安全性与可靠性有更大保障。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

        2.3 端到端（D2D）车-车通信
        通过5G通信的端到端（D2D）技术，列车的数据通信无需传统的基站中转，可实现列车与列车之间的直接通信（如回报位置信息及安全运行状态信息等），降低了列车之间通信的时延，通信可靠性增加。5G端到端（D2D）技术可实现列车首尾车载控制器的无线通信，彻底省去了传统线路车辆首尾贯通线的铺设和改造。端到端（D2D）技术还支持多跳技术和自组织网络，以终端接入设备为网络中继向其他设备提供通信链路，防止因基站故障、个别信号干扰等所导致的无法通信现象，增强整个网络的稳定性。
        2.4 高可靠性的设备组网
        5G网络通信带宽增加后所能承载的业务也不断增大，使车载、地面连接组网等海量无线设备联网通信成为可能，可有效减少布线，设备设置灵活，安装维护更便捷。通过增加无线传感器能使系统稳定性、安全性增强，通过采集车载及轨旁设备运行状态数据，进行潜在故障的诊断与准确定位，可为事前控制提供依据。5G通信技术支持海量无线设备接入，并提供与终端性能所匹配的带宽、优先级及认证方式等，极大的提高了列车通信的可靠性。
        2.5 高效的绿色通信
        5G通信技术中应用大规模天线阵列能实现同频资源同时服务多个用户的目标，在提升高频谱效率的同时能增强数据传输的可靠性与抗干扰能力。通过波束赋形能增强波束传递的方向性，在车辆段、换乘站及地面段等场景应用还能辅助获取列车行驶状态及位置信息。
        随着城市轨道交通建设规模的不断增大，相关部门越来越重视通信能耗问题，陆续出台了通信节能减排方面的政策及指标要求。5G通信网络通过网络部署、资源调度、链路技术等的优化，能降低通信传输系统能耗、提升系统运行效率，有助于实现节能减排和绿色通信的目标。
        3. 5G 通信技术在城市化交通轨道中的问题
        在城市轨道交通中应用5G通信技术能取得良好的效果，其能够提高传送效率，节约资源，有助于促进轨道交通的发展，但是从实际情况来看，该技术的应用还存在一些问题，比如无法保障安全性，尤其是在网络安全领域因此，在轨道交通中应用5G通信技术还需要加强安全方面的重视程度，为促进该技术的可持续发展奠定基础。
        由于5G技术还处于发展阶段，其在轨道交通中的应用还处于初级阶段，在应用过程中极易出现一些问题，因此，我们需要对实际存在的问题进行分析，并提出有效的防范措施，与此同时，在应用该技术时应遵循相应的原则，即循序渐进，还要提升该技术的延展性，使其性能得以升级，以此来提高通信技术的安全水平，使通信资源的利用取得良好成果。
        4. 结语
        总而言之，随着我国科技的迅速发展，5G通信技术越来越成熟与完善，其在城市轨道交通中的应用，可有效解决当前困扰城市轨道交通通信系统运行的诸多问题，还能优化城轨交通运行系统，提升系统运行效率、降低能耗、助推绿色通信、实现节能减排等目标，能为城轨交通设计、建设及运行提供新的发展机遇。
[参考文献]
［1］陆诗钊. 城市轨道交通中5G通信技术的应用探讨[J].中国新通信，2020，22（2）：37-38.
［2］赵彦博. 5G通信在城市轨道交通的运用浅析 [J]. 数字通信世界，2020（1）:84-85.
［3］黄霁. 5G无线通信技术在城市轨道交通中的应用探讨 [J]. 都市快轨交通，2019，32（5）：33-37.
［4］祁经, 段罡, 丁国平. 城市轨道交通中5G通信技术的运用探讨 [J]. 电子世界，2020（8）：160-161.
［5］尚丽莎, 贾亚娟. 基于城市轨道交通的移动通信关键技术探究[J]. 计算机产品与流通，2020（5）：48.