軌道交通移動通信技術發(fā)展分析及建議

藺偉 李毅

摘 要：車地間移動通信是智能軌道交通的重要基礎支撐，隨著移動通信技術的快速發(fā)展，需要對軌道交通移動通信的發(fā)展方向和策略進行研究。文章首先對軌道交通移動通信業(yè)務需求進行分析，并對4G LTE與5G的標準演進、技術指標和關鍵技術等進行介紹。然后，針對承載能力、無線頻譜、服務質(zhì)量、產(chǎn)業(yè)支撐和經(jīng)濟性方面，對4G LTE與5G在軌道交通場景中的適用性進行分析比較。最后，提出點線差異化、公專網(wǎng)結合、跟蹤5G行業(yè)應用等發(fā)展建議，為確定軌道交通移動通信技術的發(fā)展方向提供借鑒。

關鍵詞：軌道交通;移動通信;5G;LTE

中圖分類號：U285.2

0 引言

在城市軌道交通領域，2017年中國城市軌道交通協(xié)會牽頭組織完成城市軌道交通車地綜合通信系統(tǒng)（LTE-M）系列標準的編制工作，逐步取代TETRA和Wi-Fi，形成1張具備綜合承載能力的移動通信網(wǎng)絡，滿足調(diào)度通信、列車控制、乘客信息服務（PIS）和視頻監(jiān)控（IMS）等關鍵業(yè)務的通信需求。

在國家鐵路領域，2015年中國鐵路成立鐵路下一代移動通信技術研究工作組，2018年在京沈高速試驗段完成LTE-R系統(tǒng)試驗，預計2019年基本完成LTE-R系列標準的編制工作。

2019年6月6日，隨著工信部5G商用牌照的發(fā)放，標志著我國正式進入5G商用元年，5G發(fā)展進入快車道。5G不僅是通信行業(yè)未來發(fā)展的重點，也是從政府到民眾全社會關注的焦點。從技術角度講，目前的5G還未全部實現(xiàn)國際電信聯(lián)盟（ITU）制定的3大愿景，市場上的基站產(chǎn)品遵從R15版本標準，滿足增強移動寬帶（eMBB）的要求，這方面特性主要受公眾消費市場牽引，關于海量機器類通信（mMTC）、超可靠和低時延通信（uRLLC）等行業(yè)應用技術將在R16和R17標準中制定，完善的技術標準預計2020年—2021年以后正式發(fā)布。

隨著我國軌道交通向智能化方向發(fā)展，多媒體調(diào)度通信、智能調(diào)度指揮、列車車況信息遠程實時監(jiān)測、基礎設施實施狀態(tài)實時感知、優(yōu)化控制和自動駕駛、智能列車、鐵路物聯(lián)網(wǎng)、移動高清視頻監(jiān)控、增強乘客服務等多類型、全方位的智能業(yè)務將不斷涌現(xiàn)，同時將廣泛應用云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、移動互聯(lián)等新技術，移動通信尤其是車地間移動通信能否滿足智能業(yè)務的需求，成為能否實現(xiàn)智能軌道交通的關鍵一環(huán)。因而，應盡早開展軌道交通移動通信技術的發(fā)展研究，合理布局，避免移動通信成為未來軌道交通智能化發(fā)展的瓶頸。

軌道交通移動通信技術繼續(xù)發(fā)展4G LTE還是發(fā)展5G技術，兩者在未來發(fā)展中如何定位等問題，不僅僅是技術層面，還需統(tǒng)籌考慮包括業(yè)務需求、技術標準、產(chǎn)業(yè)支撐、國家頻率分配政策、技術經(jīng)濟性等多方面因素。以下就這些問題開展初步分析，以供借鑒。

1 軌道交通主要業(yè)務需求分析

從服務對象角度，軌道交通移動通信業(yè)務可分為行車應用類、運營和維護類、旅客服務類。其中，行車應用類主要包括調(diào)度指揮通信、列車運行控制、自動駕駛等行車調(diào)度指揮和控制業(yè)務;運營和維護類主要包括移動裝備和固定裝備的檢驗檢測、養(yǎng)護維修等;旅客服務類包括面向旅客出行、旅客服務、安全保障等通信業(yè)務[1]。

無線通信系統(tǒng)的部署通常按區(qū)域進行覆蓋，應從應用區(qū)域和區(qū)段上劃分應用場景，提出對無線通信系統(tǒng)承載能力的要求。軌道交通大體可劃分為正線和站場2類應用場景，2類場景的業(yè)務既相互交叉，又有一定的獨立性和差異性。

（1）鐵路正線，主要包括正線車站和區(qū)間線路，該場景下的業(yè)務主要包括6類。 ①行車指揮業(yè)務：列車調(diào)度通信、列車運行控制、列車緊急文本、自動駕駛等;②監(jiān)測監(jiān)控業(yè)務：IMS、列車安全防護和預警、列車運行監(jiān)測檢測、基礎設備設施狀態(tài)信息、列車定位、站車間信息交互;③地面基礎設施監(jiān)測業(yè)務：線橋隧、通信信號、電力和供電等專業(yè)基礎設施監(jiān)測檢測信息傳送;④乘客信息服務：主要包括PIS車載媒體業(yè)務;⑤列車車內(nèi)服務和聯(lián)絡;⑥養(yǎng)護維修、公共安全、應急通信等。

（2）站場和樞紐， 主要包括車站、車輛段等。該場景下，主要為乘客乘降組織、PIS、車站管理和信息傳送、車輛段調(diào)車作業(yè)和安全監(jiān)控提供通信服務。

目前，在城市軌道交通領域，列控和自動駕駛、調(diào)度通信、列車運行狀態(tài)監(jiān)測、IMS、PIS為關鍵業(yè)務，關系到系統(tǒng)是否具備開通條件。這些業(yè)務是移動通信系統(tǒng)承載的核心業(yè)務。

根據(jù)《LTE-M總體規(guī)范 第3部分：綜合承載信息分類與要求》[2]的規(guī)定，LTE-M各關鍵業(yè)務的帶寬需求如表1所示。

能否滿足以上業(yè)務的需求，是衡量軌道交通移動通信系統(tǒng)適用性的基本要求。

2 技術標準演進

移動通信技術體制演進如圖1所示。

第一代為模擬對講技術，自2G進入數(shù)字通信以來，系統(tǒng)由窄帶向寬帶演進，數(shù)據(jù)傳輸速率不斷提高。

4G LTE和5G的3GPP標準演進路線如圖2所示[3]。

3GPP在2008年初完成了LTE第1個版本的標準R8，2014年在R10中完成了LTE的演進LTE-Advanced。LTE技術標準不斷完善與增強。

5G的第1個標準R15已于2018年6月完成， 主要面向eMBB場景。R15標準只定義了基本的uRLLC場景，沒有針對物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務再定義新的標準，仍然采用LTE標準下的窄帶物聯(lián)（NB-IoT）和移動物聯(lián)技術（eMTC）。面向行業(yè)應用的mMTC和uRLLC場景在R16版本中定義，預計將于2020年底凍結。最終的5G官方標準將于2020年底由ITU評估、批準后正式發(fā)布。

與4G相比，5G技術的標準更加統(tǒng)一，由3GPP國際化標準組織統(tǒng)一制定;服務場景更加多樣，支持eMBB場景、mMTC場景和uRLLC場景，如圖3所示[4];5G服務對象在過去人與人通信的基礎上，增強了人與物、物與物之間的互聯(lián)。

3 4G LTE 與 5G 技術特點

以下對4G LTE和5G技術指標和關鍵技術進行簡要歸納。

3.1 技術指標

3.1.1 4G LTE技術指標

（1）可變帶寬：支持1.4 MHz、3 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz、20 MHz，通過載波聚合技術可以支持更大的帶寬。

（2）峰值數(shù)據(jù)速率：300 Mb/s（下行）和75 Mb/s（上行）。LTE的后續(xù)演進LTE-Advanced的峰值速率可達1Gb/s（下行）和500 Mb/s（上行）。

（3）時延：控制面延時為50～100 ms，用戶面時延為10 ms。

（4）支持終端移動速度： 350 km/h。

3.1.2 5G 技術指標

（1）可變帶寬：在頻率為6 GHz以下的中低頻段，支持5 MHz、10 MHz、15 MHz、20 MHz、25 MHz、30 MHz、40 MHz、50 MHz、60 MHz、70 MHz、80 MHz、90 MHz、100 MHz;在高頻毫米波頻段，支持50 MHz、100 MHz、200 MHz、400 MHz。通過載波聚合技術可以支持更大的帶寬。

（2）峰值速率：20 Gb/s（下行）和10 Gb/s（上行）。

（3）時延：控制面時延為20 ms，用戶面時延為4 ms（eMBB場景）和1 ms（uRLLC場景）。

（4）可靠性：在1 ms內(nèi)發(fā)送20字節(jié)數(shù)據(jù)，傳輸成功率為99.999%。

（5）連接數(shù)：100萬用戶/km2（mMTC場景）。

（6）支持終端移動速度：500 km/h。

（7）切換中斷時間：0 ms。

3.2 關鍵技術

3.2.1 4G LTE 關鍵技術

（1）調(diào)制技術。LTE下行采用正交頻分復用技術（OFDM）多載波傳輸，提高了頻譜效率和抗多徑衰落的能力;上行采用SC-FDMA單載波傳輸，以降低信號的峰均功率比。下行調(diào)制階數(shù)最高可采用256 QAM，上行最高可采用64 QAM調(diào)制，未來具備支持256 QAM的能力。信道編碼采用Turbo編碼（數(shù)據(jù)）和TBCC編碼（控制）。

（2）多天線（MIMO）技術。LTE采用MIMO技術提高系統(tǒng)的傳輸速率。下行最高可采用8×8 MIMO;上行最高可采用4×4 MIMO。

（3）服務質(zhì)量（QoS）保障機制。終端與核心網(wǎng)之間的承載支持9種QoS保障等級。不同優(yōu)先級的承載具有不同的速率、時延、丟包率等指標。支持業(yè)務搶占機制，優(yōu)先保障高優(yōu)先級業(yè)務的QoS。

3.2.2 5G關鍵技術

（1）調(diào)制技術。5G的調(diào)制技術與4G LTE類似，區(qū)別在于5G上行在eMBB場景下，可采用多載波傳輸CP-OFDM，提高傳輸速率。與4G LTE子載波帶寬固定15 kHz不同，5G在中低頻段的子載波寬度為15 kHz、30 kHz、60 kHz;在高頻段子載波寬度為60 kHz、120 kHz、240 kHz，實現(xiàn)5G在不同帶寬、不同場景下的靈活部署。5G上行支持π / 2-BPSK和256 QAM調(diào)制，分別應用于低功耗和高速率場景。5G信道編碼采用LDPC碼（數(shù)據(jù)）和Polar碼（控制），降低譯碼復雜度并提高編碼增益和頻譜效率。

（2）大規(guī)模天線陣列（massive MIMO）技術。在低頻段（1 GHz以下），最高可采用8×8 MIMO;中頻段（1～6 GHz）最高可采用64×64 massive MIMO;在高頻毫米波頻段，理論上可支持更多數(shù)量的massive MIMO[6]。

（3）新型核心網(wǎng)架構。5G核心網(wǎng)采用基于服務化的架構（SBA），將傳統(tǒng)網(wǎng)元拆分成多個模塊化、軟件化和相互獨立的網(wǎng)絡功能，在通用服務器上實現(xiàn)網(wǎng)絡功能靈活部署和擴展。此外，實現(xiàn)了控制與用戶面分離。用戶面功能擺脫“中心化”的約束，使其既可靈活部署于核心網(wǎng)，也可部署于接入網(wǎng)或邊緣數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)網(wǎng)絡架構靈活部署[7]。

（4）切片技術。網(wǎng)絡切片是指在通用硬件基礎設施中切分出多個虛擬的端到端網(wǎng)絡，每個網(wǎng)絡切片在設備、接入網(wǎng)、傳輸網(wǎng)以及核心網(wǎng)方面實現(xiàn)邏輯隔離，以更好地滿足不同業(yè)務場景和不同垂直行業(yè)用戶的差異化通信需求，如圖4所示[8]。首先將用戶需求映射為網(wǎng)絡切片的性能指標參數(shù)，再根據(jù)性能指標要求進行資源切片、頻率切片和設備切片等。

（5）邊緣計算（MEC）。MEC將數(shù)據(jù)中心部署在在基站或其他網(wǎng)絡邊緣節(jié)點，使得數(shù)據(jù)的計算、處理和存儲更加靠近用戶。海量數(shù)據(jù)可以在本地得到實時、快速處理，減少數(shù)據(jù)回傳壓力、網(wǎng)絡擁塞和數(shù)據(jù)傳輸時延，有利于提高網(wǎng)絡安全性和可靠性[9]。

4 產(chǎn)業(yè)發(fā)展

截至2018年10月底，全球LTE商用網(wǎng)絡達715個，LTE用戶占比達到42%。預計2019年底全球LTE商用網(wǎng)絡將達到760～770個[10]。大范圍的部署、眾多的用戶、公網(wǎng)的長期驗證證明LTE是目前最為成熟和穩(wěn)定的通信系統(tǒng)。

5G在滿足公眾高速率大帶寬的需要方面將得到快速發(fā)展，面向垂直行業(yè)應用的大連接、高可靠、低時延等特性的需求和技術有待研究和明確，技術標準有待成熟，產(chǎn)業(yè)支撐尤其是終端的量產(chǎn)和普及還需要一定周期，5G發(fā)展絕非一蹴而就。

我國公網(wǎng)運營商普遍采用4G LTE與5G協(xié)同發(fā)展的戰(zhàn)略。其規(guī)劃是在大城市和人流量密集的熱點區(qū)域部署5G，在郊區(qū)、農(nóng)村和其他非熱點地區(qū)利用4G LTE做廣域覆蓋[11-12]。

根據(jù)全球移動運營商聯(lián)盟（GSMA）于2018年9月發(fā)布的評估報告（圖5）[13]。2025年全球連接總量中4G LTE占57%，5G占15%。需要強調(diào)的是，LTE系統(tǒng)部署規(guī)模在未來一段時間內(nèi)仍處于快速上升趨勢，將得到產(chǎn)業(yè)鏈的長期支持?？梢钥闯?，4G LTE與5G系統(tǒng)將長期共存。

5 4G LTE 與 5G 技術在軌道交通場景中的適用性分析

5.1 LTE承載城市軌道交通關鍵業(yè)務能力分析

列控和自動駕駛、調(diào)度通信、PIS和IMS業(yè)務是地鐵關鍵業(yè)務，假設正線1個小區(qū)內(nèi)最多有4列運行列車，基于表1業(yè)務帶寬需求，4列車同時開展相關業(yè)務，其中2列車打開視頻監(jiān)控，所需的數(shù)據(jù)量如表2所示。

1.8 GHz TD-LTE系統(tǒng)吞吐量實測結果如表3所示[14]。

由表2和表3數(shù)據(jù)指標可知，采用5 MHz頻寬條件下，LTE系統(tǒng)可綜合承載正線區(qū)段的列控和自動駕駛、調(diào)度通信、720P分辨率的PIS視頻和720P分辨率IMS視頻業(yè)務;采用15 MHz頻寬條件下，LTE系統(tǒng)可綜合承載正線區(qū)段的列控和自動駕駛、調(diào)度通信、720P分辨率PIS視頻和1 080P分辨率IMS視頻業(yè)務。

5.2 無線頻率分配

無線電頻譜資源是不可再生自然資源，由國家工信部統(tǒng)一分配。

無線電頻率越低，其繞射能力越強，傳播距離越遠;同時多普勒頻移小，適合移動場景使用尤其是中高速移動場景?？紤]到建網(wǎng)經(jīng)濟性，減少沿線站點數(shù)量，軌道交通一般選擇中低頻段作為鐵路正線連續(xù)廣覆蓋區(qū)段的工作用頻。然而，中低頻段的缺點是頻率資源少，而且大多已經(jīng)被分配。

我國地鐵LTE-M使用的1.8 GHz頻段共有20 MHz帶寬資源，但考慮到與其他行業(yè)的兼容并存，一般僅能分配10～15 MHz帶寬。在軌道交通可能獲取的有限頻率資源條件下，5G專網(wǎng)難以充分發(fā)揮其技術優(yōu)勢。

目前，我國5G系統(tǒng)規(guī)劃分配采用2.6 GHz、3.5 GHz和4.9 GHz頻段。另外，毫米波頻率（30～300 GHz）資源豐富，也是5G未來發(fā)展的方向。高頻段的優(yōu)勢是頻率資源豐富，但傳播特性差。

5.3 服務質(zhì)量指標

以下對5G和4G LTE用于軌道交通場景的系統(tǒng)服務質(zhì)量技術指標進行對比。

5G和4G LTE均采用OFDM。由于OFDM頻譜效率高，進一步提升難度大，因而5G主要利用可調(diào)制更寬的頻段（100 MHz以上）、大規(guī)模天線陣列（64×64及以上）實現(xiàn)的波束賦形和多入多出等技術，大幅提高系統(tǒng)吞吐量。此外，由于軌道交通專用頻率資源有限、中低頻段的天線尺寸和重量大等問題，5G中增加系統(tǒng)容量的主要關鍵技術在軌道交通專用頻段難以發(fā)揮作用。

根據(jù)3GPP在2018年12月發(fā)布的技術報告TR 37.910[15]的相關數(shù)據(jù)，下面對4G LTE與5G系統(tǒng)在同等條件下的服務質(zhì)量進行對比。

5.3.1 頻譜效率

軌道交通移動通信系統(tǒng)上行鏈路速率是系統(tǒng)的瓶頸。設定子載波間隔15 kHz、最高調(diào)制階數(shù)256 QAM、雙工方式為TDD，頻率帶寬為10 MHz，在以上條件下，4G LTE與5G系統(tǒng)上行鏈路歸一化頻譜效率如圖6所示。

在靜態(tài)條件下， 5G相對4G LTE的上行鏈路頻譜效率提高20.9%;在120 km/h速度條件下，5G相對4G LTE的上行鏈路頻譜效率僅提高0.7%。

這意味著，在軌道交通移動通信專用頻率有限的條件下，尤其是在列車中、高速移動場景下，車地間通信采用5G相比4G LTE所能帶來的數(shù)據(jù)傳輸速率的提升微乎其微。

5.3.2 業(yè)務時延

圖7為3GPP TR 37.910技術報告中對4G LTE與5G用戶數(shù)據(jù)傳輸空口的時延對比，5G比4G LTE快1 ms左右。

5G為滿足低時延場景要求，主要利用本地交換、終端之間直通模式、邊緣計算等技術，避免了數(shù)據(jù)經(jīng)過長途傳輸?shù)胶诵木W(wǎng)交換帶來的時延，同時結合可變幀長等技術，使得數(shù)據(jù)端到端傳輸時延指標接近空口時延。

對于軌道交通，調(diào)度通信類、列車控制類、PIS和IMS等關鍵核心業(yè)務，均需要和調(diào)度指揮中心進行通信。例如，調(diào)度通信要和調(diào)度臺、車站臺通信，列控和自動駕駛業(yè)務時車載設備需要與列控中心通信，PIS和CCTV也需要和中心服務器設備通信。這些業(yè)務數(shù)據(jù)傳輸時延應在空口延時的基礎上，增加到核心網(wǎng)的傳輸和交換時間。以CBTC數(shù)據(jù)業(yè)務為例，實測的LTE承載CBTC業(yè)務數(shù)據(jù)平均環(huán)回時延為32～43 ms[14]，折合為單向傳輸平均時延為16～22 ms。

因而，對于軌道交通現(xiàn)有的關鍵、核心應用業(yè)務均需要和調(diào)度指揮中心通信，5G比4G在空口節(jié)約的1ms延時是微不足道的。同時，既有地鐵業(yè)務對傳輸時延的要求并沒有如此敏感。

未來隨著車車通信技術的發(fā)展，5G提供的邊緣計算、直通模式和低時延技術，或許能夠發(fā)揮出更大的作用。

5.4 產(chǎn)業(yè)支撐

5G雖然已經(jīng)商用，但是由于標準制定工作尚未完全完成，直接影響設備定型，尤其是行業(yè)終端設備距離大規(guī)模商用還有一定差距。目前僅有CPE可用，面向用戶的手機等移動終端尚未批量投入商用市場。

根據(jù)4G發(fā)展的經(jīng)驗，從標準到商用經(jīng)歷了5年時間。完整的5G標準預計2021年底頒布，公網(wǎng)運營商5G系統(tǒng)要形成端到端完整、成熟的產(chǎn)業(yè)鏈支撐，至少是2021年以后的3～5年。

當前一段時期內(nèi)，供貨商工作重點在公網(wǎng)運營商5G設備的研發(fā)和供貨，能夠投入軌道交通行業(yè)的5G專網(wǎng)系統(tǒng)設備研發(fā)的資源有限。

對于軌道交通行業(yè)，產(chǎn)業(yè)支撐與所分配的頻率直接相關，目前沒有可用的5G專網(wǎng)頻率。即使將來分配了專用頻率用于軌道交通行業(yè)的5G系統(tǒng)，形成軌道交通專用頻率產(chǎn)業(yè)支撐也需要一定周期。

5.5 經(jīng)濟性

決定系統(tǒng)經(jīng)濟性主要有2個方面的因素：一是設備布設密度，二是設備單價。

目前，5G系統(tǒng)采用的主流頻率遠高于軌道交通1.8 GHz專用頻率。高頻段電磁波路徑損耗大，且須視距傳播，傳播路徑阻擋形成的陰影效應明顯。為實現(xiàn)良好信號的覆蓋，基站布設密度進一步加大，不僅帶來了基站設備數(shù)量增加，基站選址難度、配套光纜、供電和傳輸設備數(shù)量也將增加。

在隧道等特殊地段，由于傳統(tǒng)漏泄同軸電纜技術無法支持高頻段信號傳輸要求，需要使用昂貴的波導管或等電平漏纜等方式延伸信號覆蓋，將進一步提高工程造價。

由于5G剛剛步入商用階段，根據(jù)中移動產(chǎn)業(yè)研究院專業(yè)人士的預測，5G基站設備成本是4G基站設備的3.5～4倍。隨著商用市場規(guī)模的增加，需經(jīng)過一定的時間周期，設備價格才會逐步下調(diào)。此外，5G基站的耗電量也要高于4G基站。

綜上所述，當前階段采用5G系統(tǒng)的造價要遠高于4G系統(tǒng)。

6 軌道交通移動通信技術發(fā)展建議

由于國家分配給軌道交通使用的無線電頻率帶寬有限，不能全面滿足智能化應用需要，應綜合利用公、專網(wǎng)資源，根據(jù)正線、車站和車輛段等不同應用場景和業(yè)務需求，選擇適合的通信方式，實現(xiàn)軌道交通移動裝備、固定基礎設施、運營和維護人員的泛在互聯(lián)。

6.1 點、線結合差異化發(fā)展

正線區(qū)段：由于涉及到列車調(diào)度指揮、列車控制等安全業(yè)務，應立足于采用4G成熟技術構建LTE-M系統(tǒng)，實現(xiàn)統(tǒng)一制式、全程全網(wǎng)。

車輛段和車站熱點區(qū)域：車輛段是車輛密集地區(qū)，車站是人員密集區(qū)域，均屬于通信熱點。這些區(qū)域存在大量與行車無關的本區(qū)域業(yè)務，與正線業(yè)務相對獨立，可采用多種通信方式進行承載，如Wi-Fi，數(shù)字對講，5G技術、毫米波通信等多種技術解決。

6.2 專網(wǎng)與公網(wǎng)結合發(fā)展

以LTE-M專網(wǎng)為主體網(wǎng)絡，綜合承載調(diào)度通信、列車運行控制、PIS和IMS等關鍵核心業(yè)務。

對于車載狀態(tài)監(jiān)測、高清視頻傳輸、地面基礎設施監(jiān)測和檢測、經(jīng)營服務等大容量或大連接的非行車相關業(yè)務，采用公網(wǎng)4G或5G網(wǎng)絡進行承載，是解決軌道交通移動通信頻率資源短缺的重要手段。

6.3 積極跟蹤 5G 行業(yè)應用創(chuàng)新發(fā)展

5G改變社會將主要體現(xiàn)在行業(yè)應用，有利于提高整個社會的生產(chǎn)力。

5G提供了網(wǎng)絡切片、邊緣計算、大連接物聯(lián)網(wǎng)、低時延高可靠等創(chuàng)新技術，為軌道交通行業(yè)應用提供了技術可行性。

目前，公網(wǎng)運營商也在積極探索行業(yè)應用的模式。受限于頻率資源和技術標準不完善，當前發(fā)展軌道交通5G專網(wǎng)的可行性較小。應積極跟蹤研究，挖掘公網(wǎng)5G技術在軌道交通領域的應用和發(fā)展。在應用和發(fā)展過程中，還需要考慮以下幾方面問題。

（1）建網(wǎng)規(guī)劃與協(xié)調(diào)。公網(wǎng)運營商的5G網(wǎng)絡主要規(guī)劃用于城市核心區(qū)和熱點地區(qū)。對于延伸到郊區(qū)和農(nóng)村市域鐵路、城際鐵路，公網(wǎng)是否能夠按照軌道交通的規(guī)劃在鐵路沿線建設5G網(wǎng)絡以及在沒有大量用戶的情況下這些區(qū)段的建網(wǎng)成本如何分攤?；谝陨蠁栴}，實現(xiàn)公網(wǎng)5G建網(wǎng)規(guī)劃與軌道交通規(guī)劃完全協(xié)調(diào)一致，存在一定難度。

（2）網(wǎng)絡和信息安全。公網(wǎng)5G系統(tǒng)將提供給公眾用戶和相關行業(yè)用戶共享，有利于提高網(wǎng)絡利用率，降低單位用戶的使用成本，同時公網(wǎng)5G與互聯(lián)網(wǎng)連接，對于軌道交通專業(yè)應用和數(shù)據(jù)來說，存在網(wǎng)絡和信息安全風險。目前，5G切片技術主要是對頻率、信道和設備的資源切片。共享條件下的網(wǎng)絡和信息安全，需要進行系統(tǒng)性解決。

（3）專用功能適用性。軌道交通業(yè)務涉及集群組呼、基于位置的尋址、基于功能角色的尋址、多優(yōu)先級搶占及強拆等專用業(yè)務功能。在5G系統(tǒng)上實現(xiàn)這些功能，還需要進行定制開發(fā)。在全IP網(wǎng)絡架構下，建議遵循應用與系統(tǒng)解耦的方式，使得專用功能不依賴具體的網(wǎng)絡制式，實現(xiàn)兩者的分層分離、獨立演進。

（4）資產(chǎn)劃分和維護。5G網(wǎng)絡由公網(wǎng)運營商建設，其設備資產(chǎn)應歸公網(wǎng)運營商所有，維護工作應由公網(wǎng)運營商完成，其維護工作同時面向公網(wǎng)用戶和行業(yè)用戶，這2類用戶對于網(wǎng)絡的服務質(zhì)量、維護要求完全不同。依靠現(xiàn)有的公網(wǎng)運營商維護體制和人員隊伍無法達到軌道交通對網(wǎng)絡維護的要求。能否利用自己的專業(yè)維護力量對公網(wǎng)系統(tǒng)設備進行維護，公網(wǎng)運營商的維護體制和人員能否按照軌道交通的要求進行完善，以及雙方的工作界面劃分等問題，需要進一步的研究和探討。

此外，運營維護數(shù)據(jù)的管理和劃分也需要研究確定，包括哪些數(shù)據(jù)是支撐通信網(wǎng)絡運維需要的，哪些數(shù)據(jù)是支撐軌道交通各業(yè)務應用運維需要的，誰為主體進行數(shù)據(jù)管理和分析等。

7 結語

發(fā)展智能軌道交通，移動通信無疑是最為重要的基礎支撐條件之一。

頻率資源始終是軌道交通移動通信發(fā)展需要考慮的首要因素。在沒有大帶寬資源的條件下，通過對4G、5G的技術特性對比分析，現(xiàn)階段構建軌道交通5G專網(wǎng)在技術和經(jīng)濟性上均沒有明顯優(yōu)勢。

由于可靠性和安全性等特殊要求，在現(xiàn)有條件下，軌道交通移動通信系統(tǒng)應立足于采用技術和標準成熟、產(chǎn)業(yè)支撐良好的LTE-M通信制式構建專網(wǎng)。在此基礎上，熱點地區(qū)可以發(fā)展多種技術制式。

應積極跟蹤5G技術行業(yè)應用的發(fā)展動態(tài)，在解決網(wǎng)絡和信息安全的基礎上，未來可利用公網(wǎng)5G作為行業(yè)應用的有益補充，解決軌道交通移動通信的瓶頸問題。還需要積極探索構建新型生產(chǎn)關系，以適應5G技術在行業(yè)應用中帶來的建網(wǎng)、維護等問題。

新技術的發(fā)展和換代，會帶來新的發(fā)展契機，應緊密結合軌道交通的特點，應對新形勢、新動態(tài)，積極推動軌道交通移動通信技術和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和壯大。

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收稿日期 2019-07-03

責任編輯 胡 姬