5G 在鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)上的應(yīng)用研究

王孟重陽(yáng)

中國(guó)鐵路北京局集團(tuán)有限公司天津電務(wù)段 天津 300140

伴隨著5G 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，采用5G 信號(hào)覆蓋的鐵路無(wú)線通信進(jìn)行信號(hào)傳輸成為未來(lái)通信發(fā)展的主要方向，在5G 信號(hào)覆蓋的鐵路無(wú)線通信中傳輸?shù)男盘?hào)格式主要有調(diào)頻信號(hào)、視頻信號(hào)以及多媒體信號(hào)，結(jié)合大數(shù)據(jù)信息融合實(shí)現(xiàn)鐵路無(wú)線通信信號(hào)的自動(dòng)傳輸和控制，采用自適應(yīng)的信道均衡控制技術(shù)，提高信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)能力。在5G 信號(hào)覆蓋下進(jìn)行鐵路無(wú)線通信設(shè)計(jì)，提高鐵路無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力和信號(hào)傳輸能力，在鐵路通信中，采用5G 信號(hào)覆蓋方法，構(gòu)建5G 網(wǎng)絡(luò)下的鐵路信號(hào)覆蓋模型，實(shí)現(xiàn)鐵路通信的多媒體信號(hào)傳輸，提高鐵路通信中的視頻、音頻以及各種控制信號(hào)的自動(dòng)傳輸能力。在5G 網(wǎng)絡(luò)模式下，鐵路通信受到鐵路無(wú)線通信異常斷點(diǎn)的影響，導(dǎo)致信道的均衡性不好，需要進(jìn)行無(wú)線通信的異常斷點(diǎn)識(shí)別[1]。

1 概述

目前，中國(guó)鐵路里程已突破13 萬(wàn)km，對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展發(fā)揮了重大作用。然而鐵路運(yùn)輸環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜且難于管理。尤其國(guó)內(nèi)的水災(zāi)發(fā)生頻率高，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，使得鐵路運(yùn)輸安全面臨重大挑戰(zhàn)。中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司下屬各鐵路局集團(tuán)管轄線路覆蓋中國(guó)絕大部分疆土，鐵路管轄的西北、華東、華中以及華南區(qū)域的降水量特點(diǎn)是暴雨的發(fā)生率較高，尤其汛期的短時(shí)暴雨達(dá)到極值。各鐵路局管轄線路，因班組人數(shù)限制、管轄區(qū)間長(zhǎng)以及高原降雨過(guò)程等因素，難以實(shí)現(xiàn)徒步快速巡查。主要利用登乘機(jī)車(chē)、軌道車(chē)、車(chē)載視頻監(jiān)控等方式，監(jiān)控洪汛信息。集團(tuán)防洪指揮部獲取的防洪防汛信息，通過(guò)揭示卡在LKJ 監(jiān)控顯示防洪防汛信息，提示機(jī)務(wù)乘務(wù)員減速和瞭望。當(dāng)降雨量達(dá)到封鎖警戒標(biāo)準(zhǔn)，執(zhí)行封鎖警戒；暴雨天氣緊急情況下，現(xiàn)場(chǎng)巡查人員認(rèn)為需要封鎖警戒時(shí)，執(zhí)行封鎖警戒。警戒響應(yīng)：當(dāng)雨量達(dá)到列車(chē)封鎖警戒值時(shí)，車(chē)站值班員要通知在封鎖警戒區(qū)間的在途貨車(chē)、客車(chē)、動(dòng)車(chē)組列車(chē)，以隨時(shí)能停車(chē)的速度（在普速鐵路區(qū)段運(yùn)行的所有列速度不大于20km/h，在高速鐵路運(yùn)行的動(dòng)車(chē)組列速度不大于40km/h、其他列車(chē)速度不大于20km/h；在長(zhǎng)大坡道、分相區(qū)等特殊地段，按列車(chē)能通過(guò)的可控速度行車(chē)，避免因雨量警戒限速造成列車(chē)坡停）運(yùn)行，并加強(qiáng)瞭望，同時(shí)在客車(chē)封鎖警戒解除前不得向客車(chē)封鎖警戒區(qū)間持續(xù)發(fā)列車(chē)[2]。

2 5G 在鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)上的應(yīng)用

2.1 多天線技術(shù)的應(yīng)用

在鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，可以將多天線技術(shù)應(yīng)用在其中。比如。其中的MIMO 多天線技術(shù)，技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)中：第一，空間分辨率較強(qiáng)，這對(duì)于更多空間資源信息的獲取可以打下良好基礎(chǔ)，用戶之間的自由通信也將會(huì)實(shí)現(xiàn)，在此基礎(chǔ)上，頻譜效率的提升會(huì)得到保障。第二，將局限波束范圍控制在合理范圍內(nèi)，這樣對(duì)于外界因素的干擾，可以將其控制在有效范圍內(nèi)。第三，可以在最大程度上，避免受到外界因素的干擾，將干擾問(wèn)題控制在合理范圍內(nèi)，這樣可以八保證整個(gè)鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。在多天線技術(shù)的具體應(yīng)用過(guò)程中，要注意以下幾點(diǎn)問(wèn)題：第一，加強(qiáng)信道建模工作。信道建模就是說(shuō)要在實(shí)測(cè)工作的前提下，盡量獲取更多的參數(shù)數(shù)據(jù)。在仿真處理工作的開(kāi)展中，可以加強(qiáng)對(duì)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用。因?yàn)榇斯ぷ鞯墓ぷ麟y度相對(duì)較大，所以，對(duì)于該方面技術(shù)有著較高要求。第二，加強(qiáng)空間分址工作。通俗來(lái)講就是，在大維矩陣空間當(dāng)中，獲得相應(yīng)的資源。從目前我國(guó)發(fā)展過(guò)程中，華為已經(jīng)達(dá)到這一要求?？臻g分址能夠在很大程度上，提升5G 技術(shù)的性能與優(yōu)勢(shì)，但是在實(shí)際的使用過(guò)程中面臨一定困難，因此，需要加大投入力度。第三，加強(qiáng)信道導(dǎo)頻。在整個(gè)鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)中，有許多天線數(shù)量，因此，在估時(shí)過(guò)程中需要投入更多資金，同時(shí)在這一過(guò)程中，信道估計(jì)也是需要盡快解決的一個(gè)問(wèn)題。因此，在此基礎(chǔ)上才能將大規(guī)模MIMO 多天線技術(shù)進(jìn)行充分利用。多天線技術(shù)將其應(yīng)用在鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)中，促使系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[3]。同時(shí)使得網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性得到保障，將鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)的作用與價(jià)值充分發(fā)揮，為我國(guó)鐵路事業(yè)的更好發(fā)展提供動(dòng)力。

2.2 基于5G 系統(tǒng)的高速鐵路智能管控系統(tǒng)

在高速鐵路列車(chē)的運(yùn)行過(guò)程中，高速鐵路通信系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用。隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，在5G 通信系統(tǒng)的保障之下可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路的集中管理，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)度、智能管理等功能。高傳輸速率的5G 通信系統(tǒng)為列車(chē)運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控提供可能，通過(guò)高速鐵路列車(chē)上自帶的檢測(cè)設(shè)備可以隨時(shí)將路軌狀況以及列車(chē)狀況上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)中，進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并對(duì)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行檢測(cè)及預(yù)判，提出合理的解決方案，從而減小了高速鐵路列車(chē)運(yùn)行中的故障率，保障了高速鐵路列車(chē)的運(yùn)行安全。同時(shí)5G 通信系統(tǒng)的端到端時(shí)延為毫秒級(jí)，且連接設(shè)備密度更大，可以實(shí)現(xiàn)列車(chē)與列車(chē)之間、列車(chē)與路側(cè)配套設(shè)備之間的通信，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)列車(chē)緊急制動(dòng)告警燈功能，使列車(chē)的主動(dòng)安全控制與自動(dòng)駕駛成為可能。通過(guò)使用基于5G 系統(tǒng)的高速鐵路列車(chē)通信系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)管理列車(chē)并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)度的功能、監(jiān)測(cè)列車(chē)及行車(chē)線路狀態(tài)的功能以及列車(chē)的主動(dòng)安全控制功能等，可以更好的保障高速鐵路運(yùn)輸過(guò)程中的安全。

2.3 應(yīng)急調(diào)度模塊

應(yīng)急調(diào)度模塊主要用于事故應(yīng)急處理，包含各類(lèi)事故類(lèi)型的預(yù)案，并能根據(jù)不同事故類(lèi)型的子類(lèi)預(yù)案，發(fā)生異常事件時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)預(yù)案調(diào)用，調(diào)集前期所收集的信息，立即召集各部門(mén)的相關(guān)人員進(jìn)行調(diào)度指揮及應(yīng)急處理，在5G 網(wǎng)絡(luò)的支持下，應(yīng)急指揮調(diào)度能更快速準(zhǔn)備執(zhí)行，確保事故發(fā)生后，將相關(guān)損失降低至最低。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，5G 技術(shù)的出現(xiàn)，為在鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)的更好發(fā)展創(chuàng)造良好前景。因此，為促進(jìn)我國(guó)鐵路事業(yè)的更好發(fā)展，要將5G 技術(shù)進(jìn)行科學(xué)合理利用。這樣可以保證在列車(chē)行駛過(guò)程中，整個(gè)鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)能夠?qū)⒆陨淼淖饔门c價(jià)值充分發(fā)揮，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。