5G通信技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用芻議

張啟明 張璇予

【摘要】? ? 近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，我國的5G通信技術(shù)逐漸覆蓋到各個(gè)范圍當(dāng)中。而城市軌道交通作為交通行業(yè)發(fā)展中的重要部分，必須有效的對(duì)其進(jìn)行相關(guān)管理工作，有效的借助5G網(wǎng)絡(luò)推動(dòng)其發(fā)展進(jìn)步。通過借助5G通信技術(shù)能夠在城市軌道交通中加快推進(jìn)其體系的不斷完善與建設(shè)，同時(shí)還能夠加快通信效率，保障其正常運(yùn)行。但是目前5G技術(shù)的應(yīng)用只是其中一小部分，其中的優(yōu)點(diǎn)還有待我們深入挖掘與提高。在此前提下，本文對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的分析與探討。

【關(guān)鍵詞】? ? 5G通信技術(shù)? ? 城市軌道交通? ? 系統(tǒng)

引言：

在過去的通信技術(shù)應(yīng)用當(dāng)中主要是以4G為主，而隨著5G技術(shù)的出現(xiàn)與普及，其在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并且相比于4G技術(shù)來說，其優(yōu)勢(shì)更加突出。對(duì)于城市軌道交通行業(yè)來說，它必須有效的借助相關(guān)通信技術(shù)進(jìn)行有關(guān)信息服務(wù)，而5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用使得該行業(yè)得到了更加穩(wěn)定的發(fā)展，有效的進(jìn)行相關(guān)服務(wù)工作。但是5G技術(shù)其中所存在的優(yōu)勢(shì)還有很多，我們對(duì)其技術(shù)的應(yīng)用還不夠深入，因此，如何才能夠有效的應(yīng)用其相關(guān)技術(shù)確保城市軌道交通行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展與建設(shè)成為目前發(fā)展中應(yīng)當(dāng)重視的問題之一。

一、5G通信技術(shù)基本概述

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，我國在具體建設(shè)通信技術(shù)方面也取得了一定的成果。目前，我國普遍使用的通信技術(shù)仍舊為4G技術(shù)，但是5G技術(shù)已經(jīng)逐漸普及，并且在一部分地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用，并且由于5G網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，其在發(fā)展過程當(dāng)中也逐漸被商用，并有效推動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的建設(shè)與發(fā)展。5G技術(shù)實(shí)際上就是對(duì)4G技術(shù)的創(chuàng)新與變革，以4G技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)一步提高通信速度與效率等方面內(nèi)容，從而出現(xiàn)了5G通信技術(shù)。對(duì)于5G技術(shù)來說其在具體應(yīng)用的過程當(dāng)中其技術(shù)要求相比于4G來說更好，能夠?qū)⒏鞣N技術(shù)進(jìn)行整合與轉(zhuǎn)化。以其中的正交頻分復(fù)用技術(shù)為例，其在具體應(yīng)用中能夠?qū)⑼ㄐ判盘?hào)進(jìn)行不斷疊加，保障通信信號(hào)的正常傳輸工作，能夠有效實(shí)現(xiàn)多路傳輸，更好的滿足人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信的要求。除此之外，通過借助該技術(shù)還能夠有效的開拓?cái)?shù)據(jù)通信，建立通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使得通信容量不斷增多。當(dāng)然，這種技術(shù)只是5G通信技術(shù)當(dāng)中的冰山一角，其中的各項(xiàng)技術(shù)都能夠有效的發(fā)揮自身作用來推動(dòng)我國各領(lǐng)域的工作建設(shè)，保障我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展。通過對(duì)我國5G與4G通信技術(shù)的對(duì)比我們可以發(fā)現(xiàn)其在具體發(fā)展過程當(dāng)中有效的改變了4G網(wǎng)絡(luò)性能不夠穩(wěn)定，功能不齊全等方面的問題，在4G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上有效創(chuàng)意各種通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)通信技術(shù)的創(chuàng)新與進(jìn)一步發(fā)展。其中5G技術(shù)當(dāng)中的 D2D 通信功能可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的通信，不需要借助其他中間媒介進(jìn)行信息傳輸，可以直接實(shí)現(xiàn)信息傳輸工作，這種功能的實(shí)現(xiàn)在一定程度上減少了信息傳輸延時(shí)等方面的問題，并且這種通信技術(shù)相比于蜂窩通信技術(shù)來說其頻譜占用資源空間也相對(duì)減少，可以節(jié)約資源空間。除此之外，如果兩個(gè)距離相對(duì)較近的用戶借助D2D 通信功能能夠達(dá)到降低能源消耗的具體作用。同時(shí)，5G通信技術(shù)也趨向于穩(wěn)定化方向發(fā)展。這些通信技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新在具體應(yīng)用到城市軌道交通技術(shù)當(dāng)中時(shí)都能夠有效保障其更進(jìn)一步發(fā)展。

二、城市軌道交通中的通信分析

通過對(duì)我國的城市軌道交通系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)分析，我們可以發(fā)現(xiàn)目前的系統(tǒng)當(dāng)中其通信技術(shù)仍舊存在不穩(wěn)定，概括范圍不夠全面等問題。一般來說，目前的衛(wèi)星通信只能在較小范圍的軌道交通中得到有關(guān)應(yīng)用，對(duì)于一部分低高層建筑中的交通中難以發(fā)揮其重要作用，容易出現(xiàn)信息數(shù)據(jù)不穩(wěn)定等現(xiàn)象。并且，在低高層的軌道交通系統(tǒng)當(dāng)中，車輛行駛過程中可能會(huì)出現(xiàn)信息數(shù)據(jù)接受延時(shí)更甚者還會(huì)出現(xiàn)信息數(shù)據(jù)斷裂等狀況。

縱觀我國的通信技術(shù)發(fā)展歷程，我們可以發(fā)現(xiàn)無論是從wlan技術(shù)還是如今的4G通信技術(shù)和5G通信技術(shù)，隨著其通信技術(shù)水平的不斷提高，城市軌道交通建設(shè)工作成效也隨之提升。目前5G通信技術(shù)只是在少部分軌道交通系統(tǒng)當(dāng)中得到了相關(guān)應(yīng)用，其應(yīng)用尚不普及，但是相信在未來的建設(shè)當(dāng)中，5G技術(shù)將會(huì)被全面應(yīng)用在相關(guān)領(lǐng)域當(dāng)中并取得良好效果。

三、5G通信技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用

通過上述分析，我們可以有效的了解到5G通信技術(shù)如果在城市軌道交通系統(tǒng)當(dāng)中得到了廣泛應(yīng)用，那么將會(huì)極大的推動(dòng)我國交通行業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。并且我們同時(shí)針對(duì)4G技術(shù)與其進(jìn)行有效對(duì)比，發(fā)現(xiàn)5G通信技術(shù)當(dāng)中的技術(shù)創(chuàng)新能夠更好的滿足信息數(shù)據(jù)的傳輸工作，同時(shí)還能夠從各方面推進(jìn)城市軌道交通體系的進(jìn)一步完善，那么以下通過介紹與分析5G通信技術(shù)在軌道交通當(dāng)中的具體應(yīng)用體現(xiàn)幫助我們進(jìn)一步了解其發(fā)展方向。

3.1 在高速通信中的應(yīng)用

通過對(duì)我國目前的城市軌道交通系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)分析我們可以發(fā)現(xiàn)，一般情況下其主要使用LTE-M 系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)工作，而這一系統(tǒng)的應(yīng)用需要受到頻段限制，通常處于 1 785 ～ 1 805 MHz ，但是這一頻段還非常容易受到其他地區(qū)的資源使用的限制，通常情況下只按照10? MHz的頻率進(jìn)行軌道交通運(yùn)營工作。并且，為了保障信息系統(tǒng)的信息傳播功能的實(shí)現(xiàn)，還會(huì)將寬帶分為兩種冗余方式進(jìn)行有關(guān)工作。在此前提下，數(shù)據(jù)通信模式的數(shù)據(jù)吞吐量平均為上行通信3.3，下行通信吞吐量平均為8.4。雖然目前對(duì)于調(diào)度工作沒有具體要求，但是按照常規(guī)操作來說，單路高清視頻必須小于 4 Mbit/s（H.264）。在此基礎(chǔ)上，我們可以發(fā)現(xiàn)10? MHz的寬帶在分為A，B兩種冗余方式之后根本難以有效滿足相關(guān)工作需求。例如，在同一小區(qū)內(nèi)，多輛車輛要進(jìn)行多列圖像傳輸和通信傳輸，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不能接收多列車輛，工作擴(kuò)展有限。因此，為了有效解決這一問題就需要5G通信的應(yīng)用。

5G通信技術(shù)有多種技術(shù)，可以提高頻率效率，比起現(xiàn)有的寬帶，可以提高通信速度。5G通信技術(shù)又包含了更為高級(jí)的頻段，可以消除以往頻率資源的稀薄，實(shí)現(xiàn)高速和短距離通信。利用各種技術(shù)，頻率效率可以比4G通信提高5至10倍。因此，5G通信技術(shù)不僅可以通過單一網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一傳送多個(gè)數(shù)據(jù)，而且還可以添加多個(gè)HD錄像帶，簡單化新的線路網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方式，保障以后的維護(hù)工作順利進(jìn)行。5G通信的普及，既能減少城市鐵路周邊的工程量，又能保證空間改造和施工。

3.2 端到端通信

目前，在CBTC控制列車的系統(tǒng)中，為了防止列車運(yùn)行的老化及停止，在列車運(yùn)行線路上，一般來說，會(huì)將寬帶分為A和B兩種冗余方式進(jìn)行通信工作，并且這兩種通信網(wǎng)絡(luò)之間相互獨(dú)立，相互進(jìn)行通信。但是，正因?yàn)槿绱耍€路網(wǎng)絡(luò)在具體建設(shè)過程當(dāng)中會(huì)增加通信設(shè)備使用，增加工程費(fèi)，延長工期，不利于今后運(yùn)行和維修，同時(shí)在一定程度上還增加了今后維修的工作量，不利于對(duì)舊線路的改造。在5G通信中，沒有經(jīng)過基站，而是引進(jìn)了裝備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的D2D（縱向間）通信技術(shù)。D2D通信是另一種重復(fù)通信方式，當(dāng)鐵路方面網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，列車和列車可以直接通信，并相互報(bào)告各位置和運(yùn)行情況，以安全為前提，保持安全運(yùn)行，不會(huì)出現(xiàn)由于網(wǎng)絡(luò)故障影響列車之間的正常運(yùn)行，與此同時(shí)，還保障了信息的正常傳輸。D2D通信技術(shù)能夠進(jìn)一步縮短列車和列車之間的通信等待時(shí)間，縮短列車運(yùn)行間隔，提高運(yùn)行效率和通信可信度。與此同時(shí)，D2D通訊技術(shù)還可以有效的組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使得終端仍舊可以接入設(shè)備作為與其他設(shè)備通信的中間媒介，避免出現(xiàn)列車在低高建筑周圍行駛過程當(dāng)中出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)斷連等現(xiàn)象，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)變得更加強(qiáng)大而提供網(wǎng)絡(luò)中繼為其他裝置提供通訊連接。這項(xiàng)技術(shù)能夠進(jìn)一步提高通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

總之，從某種程度上來看，D2D通信技術(shù)提供了通信列車終端和終端的新手段。以前，由于在前車和后部的車身控制器之間設(shè)置管控線進(jìn)行通信，對(duì)舊車進(jìn)行改造比較困難。D2D技術(shù)可以不通過車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，直接通過車輛斷裂的控制裝置和無線進(jìn)行通信，而且可以不鋪設(shè)車輛斷裂貫通線進(jìn)行通信，因此在縮短施工、改造時(shí)間的同時(shí)，可以方便車輛后的整修。D2D通信技術(shù)提供了更加靈活的通信手段便于各項(xiàng)工作的具體開展。

3.3 海量用戶超密集組網(wǎng)

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的通信帶的不斷擴(kuò)大，5G網(wǎng)絡(luò)可以傳送更多的流量，同時(shí)很多無線裝置可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。如果將現(xiàn)有車輛和地面用有線連接起來的集團(tuán)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的一部分變更為無線網(wǎng)絡(luò)方式，將大幅減少電線分散部署設(shè)備，具有靈活性，設(shè)備的安裝或維護(hù)也將變得更加容易。為提高系統(tǒng)的安全性和可信度，適當(dāng)增加無線傳感器設(shè)備和防盜設(shè)備，通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)采集車載設(shè)備和線路旁的設(shè)備狀態(tài)在線大數(shù)據(jù)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障和潛在問題，及時(shí)獲得反饋，控制中心及相關(guān)人員也能夠及時(shí)準(zhǔn)確的獲取第一信息，確保列車安全，保障其安全運(yùn)營。此類服務(wù)面臨著許多終端存取的問題，5G技術(shù)在支持大容量終端接近的同時(shí)，提供了符合裝置特性的帶寬、優(yōu)先順序、安全的認(rèn)證方法，為5G的擴(kuò)散提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

3.4 在大規(guī)模天線列陣中的應(yīng)用

利用天線的空間分離特性，保證同一頻率資源，為不同用戶提供服務(wù)，既提高光譜效率，又保證數(shù)據(jù)信息傳送的可靠性。5G通信技術(shù)的應(yīng)用，解決了未來城市鐵路大規(guī)模的設(shè)備準(zhǔn)入問題，并利用光敏增強(qiáng)了列車的干涉阻力。與此同時(shí)，波束賦 形能夠在波束的具體傳播過程當(dāng)中明確列車位置，跟蹤列車運(yùn)行軌跡，最大限度地保證列車安全運(yùn)行。

3.5 在綠色通信中的應(yīng)用

近年來，隨著我國科技水平的不斷提高，我國在實(shí)際進(jìn)行通信技術(shù)發(fā)展過程當(dāng)中不可避免的浪費(fèi)了一定的資源。為了有效保障我國的可持續(xù)發(fā)展，必須有效的改變這一現(xiàn)狀。而城市軌道交通在具體發(fā)展過程當(dāng)中作為我國的主要產(chǎn)業(yè)，在具體發(fā)展中也應(yīng)當(dāng)注重對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，減少不必要的資源浪費(fèi)，有效的借助5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行不斷優(yōu)化，借助相關(guān)通信功能實(shí)現(xiàn)降低能源消耗的具體作用。這樣一來，在其系統(tǒng)的不斷優(yōu)化下，城市軌道交通能夠得到良好的發(fā)展，同時(shí)也能夠避免資源浪費(fèi)。

四、結(jié)束語

總而言之，通過上述分析我們可以發(fā)現(xiàn)在城市軌道系統(tǒng)當(dāng)中5G技術(shù)逐漸得到了應(yīng)用。目前，我國在城市交通軌道系統(tǒng)當(dāng)中所應(yīng)用的普遍為4G技術(shù)，而5G技術(shù)相比于4G技術(shù)來說，其中存在著一定優(yōu)勢(shì)，并且在5G技術(shù)的作用下能夠促進(jìn)其系統(tǒng)的不斷完善，保障交通運(yùn)行安全。在5G通信技術(shù)的作用被不斷發(fā)掘下，其在軌道交通中的應(yīng)用會(huì)被逐漸普及。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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