浅谈高速铁路通信系统在5G环境下的应用

浅谈高速铁路通信系统在 5G环境下的应用

李大鹏

青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司 266000

摘要：5G技术的应用可以使高速铁路通信系统得到进一步优化，因此，在当前高速铁路发展速度较快的情况下，加强对5G环境的研究分析，并制定高速铁路通信系统的优化使用策略，是很多高速铁路专业人员重点关注的问题。

关键词：高速铁路；通信系统；5G环境

引言

5G无线通信系统技术不仅完全继承了之前4G通信技术的诸多优点,同时对其技术进行了不断的改进完善,通过先进多种技术的组合使用其中可以实现5G通信技术的不断完善性。该连接技术的成功出现不仅能够实现全球网络信息传播的较高可靠性和网络安全性,同时能够有效实现面向全球各个网络的链接,尤其针对是那些可能很难实现的无缝连接。

15G通信技术

5G无线通信工艺技术系统是我国无线通信技术网络核心技术的一次升级和重大改造,其中的各项艺术技能系统实现重大优化,不断为广大用户厂商提供优质便捷的通讯服务。与之前的4G相进行比较,5G级的无线通信系统技术不仅完全继承了这些通信技术的诸多优点,而且对一些先进的通信技术可以进行测试使用,实现这些技术的不断完善性,进行测试运行之后技术应该肯定会更具有一定的行业市场前景。在现阶段的5G通信技术中主要广泛使用的通信技术主要是无线纳米技术、隐私性和保密通信技术等,同时5G技术无线通信保密技术更加十分重视隐私性和网络安全性,不仅能够实现通信速度的大幅提升,而且大大降低了网络资源的大量消耗。5G的技术支持能够有效实现对用户个人隐私的有效保护和通过技术支持解决在用户传输信息过程中可能遇到的各种问题。

2我国高铁通信系统

高速铁路是当前中国非常重要的交通基础设施，在我国客运与货运上承担着重要的分量，我国的高速铁路在世界上属于先进水平，具有完善的高铁技术体系。而高速铁路通信系统又在整个高速铁路运输过程中扮演着不可或缺的角色，承担着确保高速铁路列车行驶安全及保障高速铁路列车运输与管理工作顺利展开的重任。但随着通信技术的不断发展，现在已有的铁路专用通信技术已经无法满足高速铁路通信的高速数据传输的要求，主要包括高速列车运行速度快，使高铁通信系统产生频偏，让沿线的各类基站信号接收不稳定；各通信系统枢纽站的距离相对较远，使得各个站点需要服务的范围太广；高速铁路的旅客较多，增加了网络的使用量和基站负荷，导致移动信号下降；高铁速度太快，移动通信网络需要不断切换，会导致掉线、切换失败或缓慢等问题。现有的4G系统会应用一些补偿算法对这些有害效应进行一定程度的抑制，但效果并不理想，这也导致在高铁列车上的通话以及网络连接效果等功能无法得到保证。

3铁路通信常见的5G无线通信技术

3.1超密集异构网络技术

铁路通信系统仍然面临带宽问题，为了增加带宽，5G无线通信可以直接使用28 GHz至32 GHz频率，即毫米波。毫米波的穿透能力有限，如果铁路通信使用毫米波频率，则无法跨越障碍，因为需要建造大量微型电路，并大量部署所有微型电路网络。采用密集部署方法建立网络，拉近终端与节点，有助于提高网络功率和频谱效率。5G无线通信涉及异构的概念，5G无线通信面临着不同的结构，经常需要采取适当的措施来保持系统性能，并且为了反映每个企业在网络中的作用，所有节点之间的协调、网络选择和节能配置也是个难题不同的网络被整合到超密集的异构系统中。虽然超密集异构网络技术是5G无线通信的一项相对重要的技术，而且通信传输空间也很大，但不可避免地存在节点间布局过于狭窄、节点间距离近似以及通信系统运行问题等缺点。因为相同类型的无线存取会遇到相同频率的干扰，或不同类型的无线存取会造成阶层式干扰。为回答上述问题，今后铁路通信系统的完善和创新过程中需要进一步探讨5G无线通信传输。系统内部用户部署的节点会导致干扰模式和拓扑结构的动态变化，这也是未来超密集型异构网络技术应用的一个问题。

3.2基于公专融合组网的铁路5G创新应用

基于车车通信的列车接近预警信息传送系统通过公专融合的方式实现实时通信，通过点对点或点对多点数据传输，实现车车间的位置信息传送，其系统架构见图6。其中，公专融合组网可分为无线和有线两部分。无线侧包括铁路5G专网和5G公网网络切片；有线侧通过安全网关为应用系统在铁路内网和5G公网之间传输实时数据。列车在开车前通过铁路5G网络向当前列车位置控制器（TLC）注册，利用GNSS全球定位系统并结合多传感器技术实现列车自主定位，采用车地间5G无线通信技术实现信息传输。位置信息主要包括列车运行速度、方向、公里标、线路号、时间戳等。列车位置控制器可以结合线路号和其余在途列车所上报的位置信息进行综合检测和分析，实时向当前列车汇报其前/后车的关联关系。当前列车根据列车控制器反馈的前/后车关联信息，进行位置报告，对自身所处位置进行预警逻辑运算。通过列车位置控制器，列车可动态计算与前/后车的距离，当车-车间距离小于预设安全门限时，列车司机可获得预警提示。

4铁路通信系统中的5G无线通信运用

4.1建立健全铁路智能通信网

智能通信网络需要相对较高的响应时间，以避免铁路运输过程中的规模故障，并且不会对运输系统造成严重影响。在铁路电力网突然中断的情况下，经验表明，联系网出现故障，这与不可预见的事件密切相关。为了避免大规模停电的严重后果，确保安全驾驶，需要提高反应和响应速度，应用5G无线通信，利用监控系统和无线通信优化措施实现远程操作保护此外，为了交换和传输关键信息，5G无线通信还可用于提高及时性和可靠性。

4.2提高乘客用网质量

高速铁路在进行智能管控系统建设过程中，务必加强对移动网络化相关状况的研究，尤其要对在线视频观看的频率进行详细考察，以便可以在制定5G环境下移动设备配置方案的过程中，实现对在线视频观看时长的合理掌握，并保证移动视频得到更高质量的普及。乘客用网质量的创新还需要加强对移动视频清晰度的重视，尤其要对4K超清视频的实际应用需求进行调查，使5G技术的突出应用优势可以得到明确，进而满足宽带稳定性的维护需求，并保证乘客的用网质量可以得到更高水平的维护。在进行5G通信系统建设过程中，要加强对4K超清移动视频所需技术支持的研究，尤其要对超高清视频的技术需求加以总结，并保证监控和通话等基本需求得到满足，为乘客用网质量的改进提供必要支持。

结束语

在高铁移动通信领域，我国已经从GSM-R领域的跟随者逐步转变为铁路5G网络的领跑者。将5G技术引入铁路通信，能够使GSM-R时代很多只能展望的应用业务逐步实现，同时提升了铁路通信业务的灵活性和场景适应性。基于铁路5G专网和公专融合的各项创新应用能够满足智能铁路的发展要求，有效提升高速铁路的安全性、可靠性和运营效率，促进铁路智能化和智慧化的实现。本文根据铁路5G网络的发展趋势和当今高速铁路智能化发展的业务需求与挑战，分析了适合未来铁路发展的5G关键技术，给出了基于铁路5G的典型创新应用方案。未来铁路5G的发展需要坚持融合创新的理念，以解决铁路多种多样的业务需求为导向，从而打造可管、可控、可信、可测、可视、可靠的新一代宽带移动通信系统。

参考文献

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