基于5G通信技术的地铁多网络融合技术分析

基于5G通信技术的地铁多网络融合技术分析

丁冬

武汉地铁集团  丁冬  430077

摘要：随着5G通信技术的日益成熟与普及，其在地铁通信领域的应用也日益受到关注。本文主要探讨5G技术与地铁无线通信的结合，详细分析了5G通信技术中的关键性能指标，旨在为地铁通信领域提供切实可行的5G融合解决方案。

关键词：5G通信；地铁无线网络；多网络融合

引言：目前 WIFI、TETRA、LTE-M 等系统是地铁无线通信采用的主要制式，但是存在多种制式并存、对接专业多、建设及维护成本高的问题。此外由于地铁线路的不断增加，各线路间跨线互通难，如地铁目前主要采用的 TETRA 无线调度技术制式比较封闭、互联互通较困难。为了解决目前的行业应用痛点，地铁无线通信系统需要更短的时延、更大的带宽以及更高的开放性，5G通信技术以其性能特点成为地铁无线通信的优选方式。

1 5G技术与地铁无线通信的融合

地铁无线通信在地铁各子系统中需求广泛，对通信信道质量的要求也各不相同，目前比较典型的需求如下所示：

表1 典型业务需求

传统的地铁无线通信各网络系统，大部分均单独建设，造价高、开放性低，而5G技术则为这一问题提供了解决方案。其超高数据吞吐量、低延时特点、高开放性特征，能同时满足表1中各系统的需求，使得地铁无线通信各网络能够进行多网融合、统一建设、统一承载，大大提高了各生产业务系统的效率。5G采用切片方式将整个网络上的各种业务应用分成许多小的“片”，每一部分都可以配置不同的网络资源和服务，以满足不同通道类型和应用场景需要。

2 5G通信技术中的关键性能指标

2.1覆盖范围与深度

在密集的地下环境中，传统通信技术常常面临信号衰减、干扰和多径效应等问题，从而影响其覆盖能力。5G技术采用的大范围频谱和更高效的信号处理技术使得信号能在地下深层环境中传播得更远、更稳定。同时，5G技术采用的多入多出（MIMO）技术能够有效地利用多径效应，实现信号的增益，从而进一步加强地下环境中的覆盖能力。在这样的技术支撑下，地铁系统的通信覆盖不仅能达到车站、隧道等关键区域，还能够延伸到车厢内部、电梯、换乘通道等传统难以覆盖的死角，确保乘客在任何位置都能够享受到连续、高质量的通信服务。这种深度覆盖的实现，可以满足众多离散设备的入网需求，实现数据的统一有序调度，为地铁运营提供了更为高效、灵活的通信解决方案。

2.2吞吐量与时延

5G技术利用宽频段的特性提高了网络的容量，例如5G的NR技术使用带宽范围从5 MHz到100 MHz的多个载波聚合，使得在高流量环境下也能保持高速的数据传输[1]。此外，5G还采用了新的调制方案，如256QAM，以提高频谱效率和数据速率。同时，随着多入多出（MIMO）和大规模MIMO技术的采用，5G基站能够使用多个天线同时发送和接收数据，从而增加了系统的容量和吞吐量。

通过核心网下沉UPF设备降低数据传输延时等措施，同时对5QI切片划分优先级，保障了低时延需求业务的应用，确保了在地铁无线通信系统中的实时数据流的传输和紧急响应。此外，利用正交频分复用技术（OFDM）和灵活的子载波间隔，使5G技术能够更好地适应地铁的运行环境，特别是在高速移动和密闭空间中，从而确保了通信的连续性和稳定性。

下面是某厂家5G设备在地铁隧道测试结果：  

表2 测试结果

2.3网络安全与稳定性

5G技术在安全性方面采用了多重加密协议，如AES-256，为数据传输提供了坚如磐石的安全屏障[2]。与此同时，5G技术为物联网设备设计了专门的网络接入技术，名为Narrowband Internet of Things (NB-IoT)，专为低功耗、大连接数的应用场景设计。这确保了地铁车站、车辆和乘客之间的每一个通信连接都是安全、可靠的。

2.4开放性与扩展性

  得益于5G网络在公网的大量应用，5G行业所支持的标准已逐渐成熟，涌现出大量的厂商参与，不同厂家设备间的全功能互联已得到实现。平台软件和基站之间、基站和终端之间、不同网络之间均可采用不同厂家设备来实现互联互通。

  5G网络由于标准的统一，采用全IP网络结构，扩容简单，仅需在现有网络添加硬件并进行授权接入即可，无需专门使用原网络设备。

结论

基于5G通信技术的地铁多网络融合为现代地铁系统带来了前所未有的通信能力和效率。特别是网络切片技术和新的通信协议，它们使得网络资源得到了最大化的利用，根据不同业务和服务的重要性，提供量身定制的解决方案。随着地铁系统对高速、可靠无线通信的依赖日益增强，5G多网络融合技术无疑为地铁运营提供了强大的支持，将为乘客带来更好的出行体验。

参考文献

[1]张亦弛.5G通信在轨道交通中的应用[J].城市建设理论研究(电子版),2022(30):127-129.

[2]王崇国,李云.5G通信技术在城市轨道交通信号车地通信中的应用探讨[J].数字通信世界,2022(09):130-132.