探究地铁商用通信新技术及应用设备浅析

(整期优先)网络出版时间:2024-05-28
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探究地铁商用通信新技术及应用设备浅析

长沙穗城轨道交通有限公司  湖南长沙  410129

摘要:在社会快速发展的带动下,各个领域对于移动通信的需求在逐渐地提升,5G技术的应用更为频繁。针对此,本文旨在探讨5G技术在地铁商用通信系统中的应用,综合考察5G技术的关键特性,以供参考

关键词:地铁商用;通信新技术;应用设备

引言

现阶段,随着我国通信技术的加速发展,在地铁系统中5G技术作为商用通信的新技术所发挥的优势较多,是保障服务水平,提升运营效率的关键技术。此外该技术还可结合工业互联网、物联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术,聚力创新,持续为智慧交通注智赋能,以此提高城市交通便捷能力。

1、5G技术概述

在移动通信技术中,4G之后的最新通信技术即5G技术,该技术与4G技术相比,其属于巨大的技术飞跃,其中主要是在速度、容量和延迟方面。

首先,该技术的最大特点主要体现在高数据传输速率,其理论上可达到4G速度的10至100倍,最高峰值可达到20Gbps。而高速率可实现无缝处理高清视频流、虚拟现实内容以及其他数据密集型应用效果,由此丰富用户的数字体验。

其次,在速度的基础上,5G技术还可达到低延迟的效果,在该技术的应用下5G技术可减少延迟时间,一般来说5G技术可减少约50倍。低延迟对于需要实时反应的应用一般体现在远程手术、自动驾驶汽车以及工业自动化。

最后,5G技术因支持广泛的设备连接,对此该技术与前一代4G技术相比,5G技术可达到每平方公里上百万个设备的连接,以此使即便地下隧道相对通信信号较弱区域均可得到顺畅的连接与交流。并且该技术还引入了网络切片技术,以帮助运营商为其提供定制化的网络服务,以此通过网络切片,不同的应用和服务可以拥有专属的网络资源,从而确保性能和安全性。

2、5G地铁应用设备介绍

2.1 5G基站和小区设备在地铁车站中的部署

(1)5G基站的部署与特点

在5G基站的部署过程中,所适合的基站尺寸较小,大多在30cm x 30cm x 10cm范围内,以适应狭小的空间。此类基站主要采用高密度部署策略,每个站台或重要区域至少部署2~3个基站,以确保信号的连续性和覆盖范围。在地铁车厢内部,基站通常以每节车厢2个的密度安装。完成部署后,需考虑到高频段、低功耗的特点,在地铁中需使用高频段,如28GHz或39GHz,以此实现更高的数据传输速度。但高频信号的穿透能力较弱,对此在距离较近的地方部署更多基站。建议每个基站的平均功耗约为200—500瓦特,比传统的4G基站低,有助于节能和降低运维成本。此外,需考虑到地铁隧道的形状、材质以确保5G基站可适应曲折的隧道和站台,在此笔者建议5G基站需使用专门设计的天线来优化信号传输而这些天线则需具有更宽的覆盖角度,约120°至180°,而天线的增益一般在8dBi到12dBi之间,由此保证具有足够的信号强度。

最后,在地铁环境中,5G基站必须具备高度的耐用性和可靠性而相应的设备也需要适应地铁内高湿度、尘埃和温度变化的环境。为此,基站的防护等级通常达到IP65或更高,以防止尘土和水分侵入。而需要考虑的是,地铁环境的封闭性,在此阶段5G基站需配备高效、完善的散热系统,并且散热系统的设计需要考虑到地铁的运行噪音和空间限制,最终保障不会影响乘客体验,并达到防止过热的效果,以此使用高导热材料和主动散热技术(如风扇或液冷系统)来实现。

(2)小区设备的优化与配置

基于小区设备的灵活配置,在地铁环境中为合理应对不同区域的网络需求,小区设备需进行合理的优化。例如,在乘客密集的站台或车厢内,小区设备需提供高容量的网络服务以应对高峰时段的数据需求。而在相对人少的区域,如轨道段,则可以适当降低服务容量。

此外需注意的是,在地铁环境中小区设备的安装也需要加以考虑,需考虑的是地铁的环境条件,如震动、湿度和温度变化,应保障小区设备需保持一定的耐用性、稳定性,以此确保设备在设计阶段达到抗干扰的效果,并解决所出现的散热问题,以确保地铁可在此环境中得以稳定运行。

2.2 5G设备在地铁隧道的部署

在地铁隧道内部署5G设备是提升地铁通信系统性能乘客体验的关键。其中“透传POI(Point of Interface)”是最新的技术之一,用于提升5G网络的覆盖和性能。以下是对隧道设备的简述以及透传POI的介绍和优劣分析。

2.2.1隧道设备简述

在地铁隧道中部署的5G设备包括但不限于基站、中继器、天线、分布式天线系统(DAS)和光纤回传网络等。

2.2.2新5G透传POI介绍

透传POI先进的通信接口设备,用于5G网络中,特别是在地铁隧道这样的特殊环境中。充当不同通信设备之间的桥梁,如连接基站和分布式天线系统,确保信号的有效传输分发。透传POI设计用于支持5G网络的高频段和大带宽需求,处理更多数据,提供更高速度的连接。

2.2.3透传POI相比于3G/4G设备的优劣分析

首先,5G透传POI支持更高的数据传输速率自身延迟较低以此满足实时数据处理高清视频传输需求。其次,由于5G技术使用的高频波段,透传POI处理更多的数据量,从而支持更多并发用户连接,显著提高网络服务容量。然而,这些优点并非没有成本。5G设备和透传POI的部署成本较高,且网络架构更为复杂,需要专业的技术支持和维护,此外其高频波段在隧道等封闭环境中的穿透能力不如3G/4G信号,其也基于更为密集的设备布局完成信号覆盖保障

2.3终端设备和用户界面

(1)5G终端设备

在地铁环境中5G终端设备所起到的作用优势明显,其可为乘客提供高速网络连接,并且可为地铁运营商提供关键的数据与服务支持。

首先,最为常见的5G通信设备为手机、平板、电脑,而现代5G手机尺寸为6到7英寸之间,重量约为200克,此类设备支持5G网络标准,如NSA(非独立组网)和SA(独立组网),并且可高达2Gbps的下载速度下运行。而这些设备的屏幕分辨率一般会达到1080p或更高,以便为其提供清晰的视频、图像显示。

其次,需考虑到笔记本电脑所配备的5G模块,配备高性能的处理器和大容量的存储空间如核心数、主频、缓存容量和功耗等,以支持高速数据处理以此保障用户可在移动中享受高速互联网。

最后,考虑到特殊的5G终端设备,如5G连接的监控摄像头、传感器和控制系统等,此类设备的尺寸与规模不同,但需保障其在设计阶段可达到高耐用、高可靠性,以此保障其适应地铁运行环境。

2.4 监控维护相关设备

(1)监控系统

在地铁系统中,需明确地铁环境对实时数据处理与传输的需求,在此商用通信监控系统是确保商用用户通信手机通信为主畅通的关键组成部分,对此在5G技术的应用下需至少监控以下内容:

信号覆盖与强度监控:监测各地铁站和隧道区域内的信号覆盖范围信号强度,确保没有明显的信号死角。

数据传输速率:在高峰时段跟踪数据传输效率以确保用户体验不受影响。速率下降表明有设备性能下降或网络拥塞的问题,需要及时调查和解决。

设备运行状态:对基站、中继器、放大器等关键通信设备的运行状态进行实时监控,包括设备的温度、电源状况、故障日志等。

用户流量与拥塞管理:监测各地铁站区域的用户流量和网络拥塞状况,根据实时数据调整网络资源分配,确保在用户密集的区域提供足够的带宽和服务质量。

服务质量(QoS)指标:定期检查如延迟、丢包率等关键的服务质量指标,确保通信服务满足既定标准。

(2)维护设备

在维护层面,需结合地铁所部署的各类智能传感器等基础设施的状态进行,此类传感器是保障检测地铁温度、振动等参数的关键,对此需通过5G技术完成对其的维护。如通过分析收集的振动和温度数据,工程师可以远程分析现场设备潜在问题可能出现的故障并在出现故障前进行预防性维护。

在监测设备层面,需考虑到监测电源系统关键如,需持续监测UPS的工作模式(正常在线、电池模式、维护旁路等),确保其能在主电源中断时无缝接管电源供应,保持关键设备的持续运行。此外,还需监控UPS电池的剩余容量和健康状况,包括电池充电水平、充放电循环次数、以及电池的整体健康状况。电池性能下降将影响UPS的备用时间,需要及时更换老化电池。

3、地铁商用通信新技术的应用措施

3.1应用新技术优化乘客体验

(1)无缝网络连接

在地铁商用的通信新技术应用中,需合理运用无缝网络连接技术,以此达到优化乘客体验的效果。首先,需考虑到5G基站的密集部署,如每个车站至少部署4—6个5G基站,确保站台、售票厅、转换通道等区域的全覆盖。在车厢内,通过区间漏缆实现信号覆盖

其次,在高频段的利用中,需考虑到数据传输速率的要求,对此,地铁系统中的基站采用特殊设计的天线阵列,每个天线的覆盖角度约为120°,以弥补高频信号的局限性。此外还需结合网络切片、动态资源分配等技术功能,以便可根据乘客数量和网络需求动态调整网络资源。例如,在早晚高峰时段,系统会自动增加网络资源分配给拥挤的车站和车厢,确保网络服务的连续性和稳定性。

最后,为室内外的无缝切换中,需考虑到乘客从地面进入地铁站或从地铁出站的情况,而该系统还可提供室内外无缝切换的能力。通过与地面4G/5G网络的紧密整合,确保乘客在进出地铁时网络连接的平滑过渡,避免通话中断或数据服务的丢失[1]

(2)实时信息更新

首先,借助5G网络的高速传输能力,地铁系统能实时更新列车位置、预计到站时间、运行速度以及运行状态等关键信息。这些信息对于地铁运营中心监控列车运行状况、做出快速调度决策非常重要。例如,地铁控制中心可以实时接收列车的位置数据,确保列车按计划运行,并及时调整运行计划以应对任何突发情况。

其次,通过在车站及车厢内安装的传感器和摄像头,地铁系统可以实时监测车站及车厢内的乘客流量和拥挤情况。此数据通过5G网络实时传输至地铁控制中心,不仅可以帮助运营人员实时了解各站台和车厢的拥挤程度,还可依据这些信息做出调整,如增加列车频次、调整列车编组等,以优化乘客分布并提高运营效率

[2]

3.2提高运营效率和安全性

(1)智能监控系统

在提高运营效率和安全性方面,需考虑到智能监控系统的应用,在此建议使用高分辨率摄像头,该摄像头具有4K(3840x2160像素)的分辨率,可捕捉到极为清晰的图像,这些摄像头可安装在车站的关键区域,如入口、站台、转换通道等,每个关键区域大约部署3—5个摄像头,确保无盲区监控。此外还需运用人工智能及其学习算法保障系统可实时分析监控画面,自动识别异常行为或潜在的安全隐患。例如,系统需在数秒内识别未经授权的入侵或遗弃物品,并自动触发警报。并且需考虑到摄像头5G实时传输数据要求,以保障传输速率可达1Gbps,最终确保画面的实时更新和高效分析。

(2)紧急响应和通信系统

地铁系统内的紧急响应机制包括自动化和手动触发的安全措施。例如,一旦检测到火灾、安全事故或其他紧急事件,系统将自动启动紧急广播,指导乘客疏散。紧急广播系统覆盖所有车站和车厢,确保信息的及时传递。在此可结合5G网络连接,以此保障通信的可靠性需注意的是紧急呼叫按钮设置在车站和车厢的显眼位置,使乘客在遇到紧急情况时可快速联系工作人员[3]

3.3提高地铁服务质量和乘客满意度

在地铁车厢内提供基于5G的高速服务,使乘客在出行期间可以无缝地进行在线工作、观看高清视频或游戏。例如5G技术的引入,以其高速的数据传输和极低的延迟特性,为乘客提供了无缝的网络连接体验,使得视频流媒体、实时通信和云服务变得更加流畅和可靠。结合物联网设备,地铁系统则可实现更智能的交通管理,如优化列车调度站台管理,通过实时监测车流达到提升运行效率的效果。此外,通过分析乘客的出行数据,地铁可以提供更加个性化的服务,如定制化的出行建议和优惠信息,进一步增强乘客的满意度。

结束语

综上所述,5G技术在地铁系统中的应用开启了新的可能性,从提高网络连接质量到增强安全监控,再到优化乘客体验。预计5G将在地铁商用系统中发挥越来越重要的角色,为城市公共交通系统的发展贡献关键力量。

参考文献:

[1]李永. 5G通信在轨道交通中的应用[J]. 低碳世界,2021,11(12):124-126.

[2]舒伟. 民用通信地铁5G覆盖解决方案探讨[J]. 信息记录材料,2022,23(10):147-150.

[3]余强. 城市轨道交通线路5G网络覆盖方案研究[J]. 建筑工程技术与设|计,2021(34):324-325.