5G通信技术在城市轨道交通的应用

5G通信技术在城市轨道交通的应用

于浩

天津一号线轨道交通运营有限公司  天津市 300000

摘要：随着5G通信技术的飞速发展与应用，5G定义的三大场景：eMBB(增强移动宽带)、mMTC(大规模物联网)和URLLC(超高可靠超低时延通信)可以满足轨道交通各种业务需求。5G的高速率、低时延、高可靠性和大带宽优势，为轨道交通场景应用提供了技术支持，能够满足轨道交通通信系统实时、大业务量数据传输的需求，使得轨道交通与5G技术的结合成为了必然结果，轨道交通5G技术使城市出行与管理更加智能化和高效化，在轨道交通中可更好地发挥5G通信技术的价值与作用。

关键词：5G通信技术；城市轨道交通；应用

1 5G移动通信技术的概念、发展背景及其应用

5G移动通信技术相较于4G移动通信技术在国内普及范围相对有限，甚至有部分人群对5G移动通信技术不了解，很大程度上影响了5G的普及和应用，下面具体探讨5G移动通信技术的概念及其发展背景，帮助人们认识5G技术，并实现5G网络的推广和应用。

1.1 5G移动通信技术的概念

5G移动通信技术的全称是第五代移动通信技术，是4G移动通信技术一种优化和扩展，可以有效弥补4G移动通信技术中的不足，给人们带来更好地网络通信优质服务。比如，与4G移动通信技术相比，5G通信网络的应用可以有效的提升网络运行速度，还可以降低数据延迟和能耗，可以更好的控制网络运行成本。

1.2 5G移动通信技术的发展背景

信息化时代的到来，越来越多的群体利用移动通信进行交流沟通，因此对通信网络提出了更高的要求。从基本需求来说，4G网络能够基本满足当前社会的应用需求，但是在特定情景下，却无法满足需求。5G网络能够弥补4G移动网络的不足，有效保障特殊场景中的通信。此外，4G移动通信技术的数据传输慢，已经很难有效满足当前的时代发展需求。因此在4G移动通信技术的基础之上，加快研发5G通移动通信技术已经成为必然的趋势。

1.3 5G移动通信技术的应用

现今，智能化的手段开始成为生产生活中非常重要的一部分，但对移动通信技术要求是相对较高的，5G移动通信技术的应用能够有效的支撑智能技术的推广。而且5G移动通信技术也能够有效地应用在社交网络，更好的为社交用户提供优质体验，社交网络较强的交互性可实现内容的传播。比如，视频网站在5G技术的支撑下能够更加流畅的播放。此外，5G移动通信技术在人工智能方面的应用更具优势，人工智能在5G技术的支撑下，可以应用在多元化的场景中，可更好的为我们带来便利。且5G移动通信技术在医疗、工业制造以及教育领域的应用也较广泛，能够真正地推动各行各业的现代化发展。比如，远程医疗对于网站的流畅度和传输效率要求较高，5G移动通信技术的传输效率和质量较高，可推动医疗改革，使更多患者能时获得治疗。在教育领域也可以实现教学内容的更新，使不同层次的学生可以结合自身情况，进行个性化学习，提升教学效率和质量，有效辅助学校的日常教学。

2 5G移动通信技术特征

5G移动通信技术相较于4G移动通信技术在很多方面进行了优化升级。但是仍然有部门民众对5G移动通信技术缺乏科学完善的认知，严重影响了5G移动通信技术的推广应用。下面具体探讨了解5G移动通信技术特征，希望能够提升5G移动通信技术的普及应用度，为5G用户带来更好的用户体验。

2.1 高速率

4G移动通信技术网络运行速度较慢，网民的应用体验较差。主要是因为4G移动通信网络中的通信频段不超过3 GHz，而使用移动通信网人数在不断的增加，造成频谱资源紧张，在通信过程中易出现掉线以及通话质量不佳等问题。而5G移动通信技术的研发和推广有效的解决了4G移动通信技术中网络运行速度慢的问题，通过运用高频段，实现了高频段传输，扩大相应的传输容量和速率，使通信效率和质量得到有效保障。

2.2 低功耗

我国的移动通信网络已经实现了全面覆盖，越来越多的移动电子产品需要借助移动通信网络运行，而5G移动通信网络因速度快、画面高清、数据传输速度快等，导致电子产品的能耗相对较高。高能耗的电子产品带给人们的应用体验较差，因此，在一定程度上推动了低能耗终端产品的研发。

2.3 低延时

5G移动通信技术推广应用前，4G移动通信技术是主要的通信系统，但因4G移动通信技术的限制，信息在传输过程中易出现滞后现象，降低了用户体验。而5G移动通信技术的应用中，有效结合利用了同时同频全双工技术，使信号的发射和传输过程更加优化，有效实现信息的高效接收。

2.4 万物互联

4G移动通信技术的兼容性相对较差，因此在当前电子设备多样化的发展背景下很难有效的满足不同的终端应用需求。而5G移动通信技术的推广应用能够有效的实现不同移动设备的共同运行，达到万物互联，改变人们的生产生活模式。

3 城市轨道交通中5G通信的具体应用

3.1 在设备维护中的应用

在城市轨道交通的营运系统中，有大量不同的设备需要进行维护，而且其维护周期非常长，往往分布于主要城市的主体区域，如果仅仅依靠人工进行维护巡查，可能会出现错检和遗漏的问题，而且成本较高，效率较低，因此需要构建一个智能化集成度高的运营和维护体系，可以对系统进行实时监控。例如我们可以通过PLC构建一个监控体系，通过5G网络的高速信号传输将以往的被动处理，转变为现在的主动制止，这样不仅提高了维护的质量，还节省了人力。

3.2 在安全保障中的应用

进入城市轨道交通的第一步就是要购票，以往在使用4G网络时，我们会感觉到出现卡顿，但是在5G网络低时延特性的加持下，购票系统会非常流畅。在入站之前我们还需要经过第一道闸机，在第一道闸机可以使用购买的票验票通过，也可以使用手机扫码进入。手机扫码在5G网络的帮助下可以更快更精确地完成，也进一步提升了同行效率，并且可以通过大数据分析来尽可能满足乘客的需求，提供智能化交互体验，做到真正精准的一对一服务，大幅提升了人们的出行舒适度。

3.3 在车地通信中的应用

目前，城市轨道交通CBTC信号系统采用的车地无线通信技术主要有WLAN技术和TD-LTE无线移动通信技术。WLAN技术具有成本低廉、技术成熟、极易网络化等优点，但其本身也存在较大缺点，它在列车高速行驶下带宽不足、切换频繁、极易受到外部干扰等，导致系统极易丢包，对城市轨道交通运营稳定性造成影响。LTE作为第4代移动通信技术，可完成信号CBTC、车载PIS、CCTV等业务的综合承载，且使用1.8 GHz专用频率(1785 ～1805 MHz)，在工程实施阶段经过严格的频段审批、规划和控制，完美地解决了WLAN技术方面的缺陷，在近几年内成为主流技术。

随着城市轨道交通在数字化、智慧化和绿色低碳发展领域的不断探索，城市轨道车地通信业务对通信带宽的需求不断提升，LTE系统带宽不足的问题逐渐凸显。考虑网络建设成本，也迫切需求能够提供一个统一承载多种业务的通信系统，并能够兼顾不同业务对时延、带宽、传输可靠性等的特殊需求。5G通信技术的出现为上述需求提供了新的解决方案。

3.3.1 采用5G的LET技术

与城市轨道4G纯网络的LET系统相比，5G城市轨道网络技术的优势尤为显著。（1）更高的速度可以满足相应需求。无人驾驶线路需要更高的速率，但是4G系统无法满足其需要。而且在视频监控、维护业务等方面，无法完成列车运营相关业务的需求。5G技术具有更高的传输速率，更好地满足相关需求。（2)5G技术使得列车运行控制系统具有较低的延时。5G的低时延特性满足列车运行控制系统的要求。（3）互连特性有助于业务的扩展。5G的互连特性决定了城市轨道的互连特性。它可以用于实时远程监控，降低传感器和处理器成本，适用于智能操作。（4）还可以用于建设有5G定位人员和设备的智能建筑工地。5G通信的低延迟可以真实再现数字镜像或模拟实际操作系统的各种场景，实现故障诊断和预测，保证城市轨道交通运行的效率和可靠性。

3.3.2 MIMO增强技术

MIMO技术可以数倍提高传输效率，并且带宽不用增加。MIMO技术相当于拥有多个独立的信息通道连接着接收端和发送端，使信号的吞吐量大为增加。采用MIMO技术的AP与客户端的传输速率基本可以达到100Mbit/s，相比于不采用该项技术时，提高一倍左右。MIMO技术拥有多种模式，相应的功能也各不相同。波束赋形对提高传输速率，增强系统的有效性大有裨益；发送分集可以增强系统有效性，但对传输速率没有明显提升。波束赋形可以理解为赋予一定形状的电磁波，并且进行集中传播。

目前，在5G移动通信技术加持下，集中式大规模MIMO技术广泛应用于基站中，增加了基站密度，可以进一步提高网络容量。基于5G技术的车载无线系统采用小基站+大天线技术，实现车站无线接入，AP切换和通信中断基本不会发生。一个站点可以配置数百个天线，极大地提高了频谱效率，提供了更全面的站点覆盖，极大地减少了干扰，极大地改善了站点。在运行期间，它可以无缝连接到5G站，通过网络传输业务数据。列车离开5G网络后，业务数据传输将在该范围内自动停止。

3.3.3 网络功能虚拟化NFV技术

NFV技术将特定的网络功能与昂贵的专用硬件平台解耦，以软件模块的形式实现网络功能，并在虚拟机上封装和运行。然后使用基于行业标准的商用服务器平台加载这些虚拟机。最后，软件处理网络上的业务数据，硬件传输底层数据。

3.4 PIS视频应用

PIS视频业务是指由地面将视频信息通过广播传输到车厢内实时播放，利用5G的大规模MIMO技术，配备更多的天线，同时发送和接收多个数据信号，使数据速率和链路可靠性得到加强，改善通信质量。

4结语

随着5G通信技术的发展，城市轨道交通也在进步。5G的低时延、高效传输、安全可靠等优点为城市轨道交通的进步提供了不可或缺的力量。目前大部分的轨道交通5G建设和改造已经完成，我们需要在一步的改变中发现其中的不足之处，指出并且及时更正，更要充分发挥5G通信技术的作用和价值，努力在进步中解决轨道交通运行方面的问题。

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