吕文芳
天津泰达工程科技有限公司 天津 300000
摘要：人类社会的发展、生产力的提高、生活方式的改变与交通运输的变革与进步密不可分。交通运输业的发展可以有效地促进社会进步，节约生产力的变化。从单点、单线运行到大规模、制度化的系统运行，交通运输在不断扩大运输数量的基础上，实现了作业效率大幅提升的目的，安全可靠为促进生产力和社会发展提供了基本保障。通常情况下，最常见的交通运输工具是轨道交通，与其他交通工具相比，其具有快速的交通体验、较高的承载量，以及安全可靠系数高于其他交通运输等优势，在全球建设、创造奇迹中发挥着主体作用。陈翔胜作为中国工程院院士，他明确提出，我国经济若要取得快速发展，必须进行基础设施互联。而综合对外运输通道建设和快速交通网络建设，首当其冲的是现代交通综合体系建设。若要及时有效破解现行的一系列技术问题，需要依靠以技术为支撑，不断发展壮大的5G通信网络的力量，从而推动城市轨道交通朝向智能化建设方向迈进。
关键词：5G通信技术；轨道交通；运用
1 5G通信技术概念及优势
1.1 5G通信技术概念
5g通信技术也就是第五代移动通信技术的简称，与4G技术相比较，具有较大优势，特别是在传输速度和网络接入速度方面。此外，5g还具有低时延、大容量、抗干扰能力强等优点。目前，5g的应用越来越广泛，发挥着越来越重要的作用。
1.2 5g通信技术优势
5g技术可以有效解决4G技术存在的漏洞，向高频段方向不断发展，是未来移动通信技术的最终归宿，这是因为高频毫米波具有较强的使用价值。比如，具有丰富的可供使用的频宽，设备更加小巧耐用。并且D2D通信功能应用在5g技术中，一方面可以使基站压力大大减轻，另一方面可以使通讯时长大幅下降。除此之外，假如两个用户相隔不远，采用D2D通信，可以降低传输功率，达到节能的效果。在城市轨道交通安全方面具有显著优势。
2 城市轨道交通中通信技术现状及不足
2.1 城市轨道交通中通信技术现状
就现在来说，我国轨道交通行业专网使用最广的无线通信技术有三种，分别是LTE、Tetra和WLAN。在前期工作中，进行评估之后的普通业务概况，是地铁集团设备选型的主要依据。
目前轨道交通行业最受欢迎的是LTE，这是因为其具有固定的频段资源、优质的服务，如主要承载CBTC、集群多媒体、视频以及智能运维等业务。许多新线路打算采用这种技术，最主要原因是宽带。
在轨道交通专用无线通信行业中普遍使用的是Tera。其工作范围包括窄带数据传输与集群业务两种，主要完成行车指挥、应急指挥等。可是目前Tetra仍然存在不足，如仍需不断使其国产化，经营者之间协作共享亟待促进，其中最核心的问题是市场竞争力疲虚乏弱，需要不断创新完善。
WLAN的作业范围主要包括视频、PIS、地面专家分析等系统数据的传输，其在轨道交通中已经具有相对完善的工作体系。但是该技术目前也存在一定的缺陷，比如，存在着频段之间信号干扰情况极易发生，列车高速运行时运转不顺畅，系统安全系数有待提高等问题。
此外，一些时速高于120KM/h的线路，应用了EUHT（超过速移动通信）技术，用来承载PIS直播及车载多路视频上传等业务，比如广州地铁14、21、知识城线及天津地铁Z4线。
2.2 城市轨道交通通信技术存在的不足
一直以来，多种技术共同使用是城市轨道交通的常态，但是轨道交通业务的深入推进受制于目前现行的通信技术，其具有以下表现，多网并存、较高投入的建设成本、抗干扰能力差，有限制要求的传输速度，使得高速运行和智能技术演进举步维艰。逐步实现智能化方向发展，是轨道交通得到充分发展和发挥最大应用价值的归宿所在，这就要求其机动性能更强、连续性的运输更稳定、应用需求更丰富多样、带宽更大以及能够带给乘客更舒适的乘车感受，很显然，目前的技术难以做到。
3 5G技术在城市轨道交通中的应用
3.1 能加快信息传输速率
大于1785MHz，小于1805MHz，是目前城市轨道交通所使用的LTE-M系统频段，由于不同频率资源会有限制使用的规定，这样一来，10MHz就是城轨批准使用的常见数值,10MHz带宽又分为两部分，5MHz的A网和5MHz的B网，使得整个通信方式繁琐冗长。在这种情况下，根据测试，单网单漏缆上行通信最大、最小及平均数据吞吐量为分别为3.7Mbit/s、2.9Mbit/s和3.3Mbit/s，下行通信最大、最小及平均数据吞吐量为分别为8.6Mbit/s、6.0Mbit/s和8.4Mbit/s。
假如有多项业务同时进行，一个网难以维持信息的传输需求。若要解决这种问题，可以将多个网络运用在承载不同业务系统的设计上，这样做，会大大提高网络建设的复杂化和维修保养的困难。
频谱效率的扩大主要是依靠多种技术的5G网络，其通信速度可以在原有带宽的帮助下增速，频谱资源的合理分配主要得益于其对更高频段的采用，传输速率可提升5～10倍，上下行通信的平均通信速率能提升至18.5～37.5Mbit/s及42～85Mbit/s，不但可以传输不同业务的综合承载列车单网运行，而且能够起到减少建设成本、简化网络设计的复杂程度，满足客户需求的作用。
3.2 视频监控数据存储技术
在5G视频监控技术进行工作时，音话图像信息库需要建立完善，这样一来可以使收集到的数据信息得到更安全可靠的储存。传统的视频数据库与视频监控数据存储技术相比较具有一定劣势，比如其只能存储数据信息，提供点拨等服务，而前者更具有一定优势，其能够自动生产信息索引，并且进行模糊查询时借助关键字就可操作完成。
此外，公安5G连接信息库，可以起到加快出警速度的作用。比如，在交通枢纽中运用音话图像信息库技术，可以使得到的人口普查数据更全面更详细，并且将信息技术存储在相应的信息库中，通过连接公安机关平台，能对搜索一些重要的信息起到重要帮助。
3.3 列车运行
由传统控制管理型向智能工程型转化，是轨道交通智能化发展进步的一个重要改变，对列车和列车群实施科学精准管理，需要借助云数据和智能算法方式。前者是智能列车，其列车辅助和自动驾驶的最终实现，需要借助车载终端完成，后者若要完成行车计划、运营管理和信息服务等任务，需要借助智能中心模拟来实现。视频语音通信（窄带/宽带）：需要做到列车在运行途中与操控间的语音、广播通信等别的要求想匹配；可视化行车环境VR3D：这项技术有严格的网络带宽标准，能够实现列车运行轨道的可视化操作；超高清可视化视频业务：这项技术有严格要求的网络带宽，不过其具有较低的时长要求，能够实现上行传输监控中视频图像，下行可以播放控制中心流媒体的目的；CBTC、TCMS、紧急文本等低数据业务：这项工作要求保证列车具有较高的安全性，要求时长具有高标准，数据带宽必须首先使用，必须使列车运营的控制系统数据、列车控制管理系统数据以及紧急文本传输数据的可靠性和有效性得到充分保证。
5G技术可以直接有效的确保列车运行中的数据通信真实可靠，使列车之间的通讯延迟情况得到缩减，列车之间的行车距离在合理范围内，使得运行效率显著提升。与此同时，更加高级完善的信息传输技术被应用于5G技术中，能够使网络传输工作效率更高、承载量更大、构建的网络连接更安全可靠，能够使所传输的数据信息更加方便快捷，进而能够使列车之间的信息互联互通的目标更快实现，为确保列车的安全运行贡献力量。
3.4 智能出行
今后的发展趋势将会是实现智能出行，能够及时掌握到所需要了解的车辆信息、车站人流量、正确知晓轨道交通内的商铺信息，从而实现智能化服务，这些都需要借助5G技术，在旅客出行始终贯穿，可以合理规划出行，实现出行中各个环节智能化。能够智能完成电子票务出行全过程，由原来繁琐不方便的购票方式向自动一体化购票转变。在智能系统下，乘客可自行进行验票，只需要在进入检票机器时，以出示二维码或人脸识别方式对准摄像头即可完成检票，这样乘客可以实现自主规划或修改出行计划，也能够进行相关行程的价钱计算。交通大数据可以为智能化轨道交通提供旅客出行意向计划，这在一定程度上，可以感受到智能化带来的不同感受，有针对性的对待不同旅客的出行计划，满足专属于不同乘客的定制服务，有利于推动轨道交通的服务水平、旅客出行评价以及通行效率更上一层台阶。
3.5 端到端（D2D）通信
目前，CBTC列车控制系统在城市轨道交通广泛应用，有A、B两个独立的列车通信网络，为了预防列车正常运行过程中出现设备故障问题，设备需要冗余配置，这样一来就会产生非常高的成本投入。利用5G通信的端到端（D2D）技术，不需要通过基站中转环节来实现数据通信，可以直接实现列车之间的各类信息交互通信，使得列车之间的通信时长大大降低，显著提升通信安全可靠性。在现在比较盛行的通信方式中，为了实现首尾车载控制器通信，可以采取敷设贯通线的方式，这一目的的实现可以借助5G端到端（D2D）技术。多跳技术和自组织网络也是端到端（D2D）技术的优势之一，可以避免因环境因素影响，出现干扰通信活动正常运转的情况，这样就会使整个网络更加安全可靠。
3.6 无线设备组网通信
不断扩展的业务范围与5G网络通信带宽的发展呈正比关系，可以使许多无线设备联网通信目的得以实现。系统的稳定性和安全性的增强得益于无线传感器的应用，对可以准确找到可能发生的问题，可以借助车载及轨旁设备运行状态的数据反馈。5G通信技术其它优势还在于，可以大量接收无线设备，使得带宽、优先级和认证方式适用于终端性。
4 5G技术应用的注意事项及趋势
第一，能够扩大通信范围，是其在超高密度异构网络应用的优势之一，并且可以有效提升频谱效率，进而进一步拓宽系统的通信容量。科学合理地分配目前现行的频谱资源，需要根据实际情况有针对性的分析，这样一来，根据不同业务的实际需求对现有的频谱资源进行科学合理的配置，可以使得网络设计方案实现合理分配，节约资源。另外，使用新的切换算法，可以帮助系统进行多次切换的目的，从而保持动态变化的稳定性，网络运行更加平稳通畅。
第二，对城市轨道交通发展具有重要推动作用，全面深入了解5G技术的在应用过程中的利弊，扬长避短，不断发挥其优势之处，从而推动城市轨道交通向良好方向前进。目前，这种技术将朝向智能控制与万物互联发展态势，人工智能技术与5G通信技术结合在一起，对城市轨道交通进行远程无线指挥，可以做到安全高效的管理交通运作，在这一过程中，5G通信技术的最大功效得以充分发挥，从而有力推动城市轨道交通工程的有力运转。
结论
在城市轨道交通通信系统的运行过程中应用5g通信网络，可以克服许多潜在问题，其优势在于，一方面可以使城市轨道交通的运行体系更加完备，运作效率大幅提升，另一方面能够减少污染，实现通信健康，这样一来，可以推动城市轨道交通的设计、建设和运营朝向新的发展阶段迈进。
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