城市軌道交通中5G通信技術(shù)的運用探討

羅璧函 中國電子科技集團公司第三十四研究所

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，許多大中型城市正在緊鑼密鼓的建設(shè)城市軌道交通，緩解城市公共交通的壓力，提升人們出行的便捷性。與此同時如何提升乘客乘坐城市軌道交通體驗也應(yīng)得到廣大管理者的關(guān)注。不僅涉及乘車安全、列車自動駕駛，全線路智能監(jiān)測等領(lǐng)域，同時還涉及人們乘車時的移動智能終端數(shù)據(jù)的交互體驗。而這些服務(wù)與體驗都依靠大量的數(shù)據(jù)信息，才能確保列車在地下高速行駛的環(huán)境中信號保持連續(xù)性和通暢性。而日益成熟的5G 通信技術(shù)恰恰可以滿足城市軌道交通數(shù)據(jù)交互的低時延、大數(shù)據(jù)的要求。將5G 通信技術(shù)運用于城市軌道交通，為城市軌道交通加持上華麗的智能化外衣，提升城市軌道交通的智能性、安全性與舒適性。因此，本文詳細(xì)介紹了5G 通信技術(shù)的特點和發(fā)展?fàn)顩r，并對其在城市軌道交通中的運用加以論述。具體如下所示。

一、5G通信技術(shù)的發(fā)展

（一）簡述

5G 通信技術(shù)為第五代移動通信技術(shù)（5th Generation Mobile Communication Technology，簡稱5G），具有高速率、低時延、高帶寬等特點，是互聯(lián)網(wǎng)時代人、機、物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)?，F(xiàn)有通信模式已經(jīng)無法滿足移動互聯(lián)流量爆炸式的增長，在許多人員密集的地方人們已經(jīng)可以明顯感受到“網(wǎng)速下降”。5G技術(shù)不僅可以提高人員密集區(qū)域人們對移動數(shù)據(jù)的極致體驗需求，同時也可以面向工業(yè)控制、智能醫(yī)療、自動駕駛等行業(yè)對數(shù)據(jù)交互時延低、可靠性高的應(yīng)用需求。而大量的快速數(shù)據(jù)交互是滿足智慧城市、智能出行等基本業(yè)務(wù)實現(xiàn)的前提。未來5G 應(yīng)用場景將更加多樣化，5G 關(guān)鍵性能指標(biāo)也更加多元化，為互聯(lián)網(wǎng)時代萬物互聯(lián)提供可靠的通信基礎(chǔ)。

（二）5G 通信的技術(shù)特點

5G 通信技術(shù)的應(yīng)用使得萬物互聯(lián)的時代得以到來，它相對于4G 技術(shù)來說，得到了全質(zhì)的提升。不僅體現(xiàn)在高性能、低時延方面，同時容量的大幅增加也是5G 通信技術(shù)的一大重要改善。并且我國的5G 通信可以在現(xiàn)有4G 基站的基礎(chǔ)上進行改造，降低了設(shè)備興建成本。如表1 所示，毫米波、新式天線、全雙工以及全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)都使得5G 通信技術(shù)較以往無線通信技術(shù)有了巨大的提升。

表1 5G通信性能

（1）毫米波是未來移動通信發(fā)展的趨勢，其優(yōu)點在于可使用帶寬充足，使用的天線尺寸小，天線增益高。（2）新式天線不僅提升了通信性能，同時也可以有效的降低智能終端的尺寸。相對于傳統(tǒng)的2D 天線陣列，3D 模式的新型天線陣列可以滿足多用戶信息波束智能通信，同時有效的降低了不同用戶信息交互過程中的串?dāng)_問題。3D 模式的天線陣列與毫米波技術(shù)配合使用，還可以改善毫米波信號覆蓋率的問題。（3）5G通信技術(shù)使用的小基站，能夠有效地拓展網(wǎng)絡(luò)接入方式，滿足用戶不同環(huán)境下對移動通信業(yè)務(wù)的不同需求。小基站有利于短途高質(zhì)量通信，可以實現(xiàn)較快速率的數(shù)據(jù)傳輸，大大降低通信時延。同時還有利于降低設(shè)備通信過程中的功耗。興建小基站不僅有利于提升通信終端的使用體驗，同時也可以提升信息通信覆蓋率，提高通信頻譜的利用率。（4）全雙工是指信號可以同時收發(fā)，能夠突破傳統(tǒng)無線通信模式頻譜資源限制瓶頸，將頻譜資源進行更加靈活的使用，最大可以將空口頻譜的通信效率提升一倍。（5）新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)借助基于處理集中化與無線電協(xié)作式以及云計算的接入新型網(wǎng)架構(gòu)，可以有效降低信息串?dāng)_，降低智能終端的功耗，提高頻譜利用率，智能終端的動態(tài)組網(wǎng)也更加方便。5G 通信技術(shù)的特點確保了5G 通信技術(shù)的高性能指標(biāo)，而高帶寬、低時延、高可靠性也恰恰滿足了城市軌道交通對通信業(yè)務(wù)的需求。

二、5G通信技術(shù)在城市軌道交通應(yīng)用的重要意義

大多數(shù)軌道交通利用衛(wèi)星進行數(shù)據(jù)交互，但是城市軌道交通多處于地下，衛(wèi)星通信在地下信號容易出現(xiàn)波動，穩(wěn)定性較差，甚至可能出現(xiàn)通信中斷的情況。因此衛(wèi)星通信無法滿足城市軌道交通的需求。另外一種是有線通信方式，常用于城市軌道交通管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互，可以確保信息傳遞的及時性和準(zhǔn)確性，提升城市軌道交通信息傳遞能力。而5G 通信技術(shù)不僅可以用于城市軌道交通管理系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，同時可以滿足乘車人員對移動業(yè)務(wù)的需求，確保在整個地下通道內(nèi)城市軌道交通管理系統(tǒng)和乘車人員都可以得到高質(zhì)量的無線通信服務(wù)。5G 通信技術(shù)的應(yīng)用范圍正在不斷擴大，未來城市軌道交通作為一個重要的交通載體，可以與5G 通信技術(shù)展開更多的合作，構(gòu)建一個以城市軌道交通為主體的公共交通物聯(lián)網(wǎng)。提升城市軌道交通運營效率的同時，實現(xiàn)實時萬物相連，利用無線通信技術(shù)提升城市公共交通服務(wù)能力，改善廣大市民的乘車體驗。

三、5G通信技術(shù)在城市軌道交通通信中的運用

隨著我國5G 通信技術(shù)的逐漸成熟以及大量成功應(yīng)用，5G 通信技術(shù)在城市軌道交通中的運用也越來越多，大致可以分為列車運行、乘客出行、安防等方面。

（一）5G 通信技術(shù)在列車中的運用

（1）可視化語音通信。利用可視化語音通信可以實現(xiàn)地上調(diào)度中心對地下列車的可視化調(diào)度和管理。該技術(shù)對時延要求較高，而對帶寬需求相對較低。（2）中低速信息傳遞。列車運行的過程中，需要與控制中心進行運行數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)以及列車緊急文本信息交互。該交互過程中必須信息傳遞的時延低、帶寬充足，這樣才能確保列車的安全運行。（3）3D 可視化VR 行車環(huán)境，該技術(shù)實現(xiàn)了運行軌道的可視化和可控性。3D 可視化VR 實時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較大，因此對網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求較高。

（二）5G 通信技術(shù)在乘客出行過程中的運用

高品質(zhì)的城市公共交通服務(wù)不僅需要為廣大乘客提供安全便捷的乘車體驗，同時還為乘客提供穩(wěn)定快速的移動網(wǎng)絡(luò)。5G 通信技術(shù)在乘客出行的過程中，一方面滿足用戶通過智能終端訪問移動互聯(lián)網(wǎng)的需求，另一方面從網(wǎng)絡(luò)購票，車輛路線、到站信息實時查詢，再到智能安檢、無感刷卡乘車，到站提醒、換乘提醒，以及車站實時人流密度、車廂實時人流密度查詢等服務(wù)都不離開5G通信技術(shù)。將5G 通信技術(shù)與更多的城市軌道交通智慧終端以及軟件配合使用，可以分散城站、車廂人流，提升乘車體驗的同時，降低城市軌道交通服務(wù)壓力。

（三）5G 通信技術(shù)在城市軌道交通安防中的運用

安防工作在城市軌道交通中的重要性不言而喻，城市軌道交通是高密極、大客流的集中式公共交通服務(wù)體系。隨著5G通信技術(shù)的加持，全自動駕駛模式將會越來越多的服務(wù)于各大城市軌道交通。在此情況下，一旦出現(xiàn)緊急情況，就需要借助5G 通信技術(shù)實時接收到現(xiàn)場的情況，并由控制中心第一時間做出決策，將決策結(jié)果傳輸給車輛和各大安防管理系統(tǒng)，第一時間做出應(yīng)急響應(yīng)。

除此之外，超高清的視頻信息流也需要5G 通信技術(shù)的保障。超高清信息視頻信息不僅可以實時監(jiān)控每一位乘車人員的動態(tài)，同時對于火災(zāi)、地震、車輛異常、車站異常情況進行實時的監(jiān)測，隨著安防傳感器的應(yīng)用，數(shù)據(jù)量也在不斷攀升，5G 通信技術(shù)的低延時、高脈寬，可以同時快速、準(zhǔn)確的傳遞每一個傳感器的信號，并第一時間控制自動滅火系統(tǒng)、自動煙霧排放系統(tǒng)等自動化安防設(shè)備工作。配合AR 智能分析軟件，自動化識別城市軌道交通中潛在的安防風(fēng)險，第一時間發(fā)現(xiàn)問題并及時做出正確的決策。

四、結(jié)語

5G 技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用，可以帶來巨大的經(jīng)濟和社會效益。提升城市軌道交通的自動化、無人化、安全化服務(wù)能力。同時也大大改善了乘客的乘車體驗，使得軌道城市軌道交通無線通信變得更為無限。隨著更多智能終端的應(yīng)用，以及5G 通信技術(shù)低時延、高帶寬等技術(shù)特點的保證之下，我國的城市軌道交通將會變得更加智慧化、便捷化。