文 / 路雅輝

引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展,特別是事關(guān)現(xiàn)代社會(huì)信息傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)更是如此，5G無線通信技術(shù)的出現(xiàn)，讓人們的生產(chǎn)生活更加便利而快捷，人們能夠打破空間的限制以最快的速度獲取信息，這對(duì)于社會(huì)發(fā)展而言有百利而無一害。經(jīng)過不斷地探索和嘗試，5G無線通信技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用開始成為人們關(guān)注的重要課題之一，對(duì)本課題進(jìn)行研究，有助于提升城市軌道交通行業(yè)的穩(wěn)定性和安全性。

5G通信技術(shù)概述

近二十年間我國(guó)的科學(xué)技術(shù)研究成果愈發(fā)豐碩，特別是通信技術(shù)方面的有關(guān)研究課題不斷取得突破，在第四代通信技術(shù)完全普及并成熟應(yīng)用的今天，第五代通信技術(shù)也逐漸走進(jìn)了人們的生活當(dāng)中，在一些大中型城市率先普及，它所具有的一系列優(yōu)勢(shì)，更使之在商用過程中得到了廣泛的認(rèn)可和關(guān)注，確保了許多行業(yè)產(chǎn)業(yè)的綜合發(fā)展質(zhì)量。

實(shí)際上，5G無線通信技術(shù)是基于4G技術(shù)而出現(xiàn)的一種新技術(shù)，它能夠保證通信速度和通信效率，相比于傳統(tǒng)的通信技術(shù)而言，5G無線通信技術(shù)顯然具有更加可觀的應(yīng)用價(jià)值，比如其中最具代表性的正交頻分復(fù)用技術(shù)，就能夠把通信信號(hào)反復(fù)疊加并確保信號(hào)的傳輸穩(wěn)定性，在不降低信號(hào)傳播速度的基礎(chǔ)上完成多路傳輸，這保證了人們網(wǎng)絡(luò)通信的速度和效率，在這一技術(shù)的支持下，人們得以開拓?cái)?shù)據(jù)通信并構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而達(dá)到提升通信容量的效果。

5G無線通信技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用

5G無線通信技術(shù)是通信領(lǐng)域的新產(chǎn)物，將其與城市軌道交通系統(tǒng)結(jié)合起來，是保障城市軌道交通順利運(yùn)行、安全運(yùn)行的必然手段，也是提升我國(guó)公共交通業(yè)發(fā)展質(zhì)量的必然選擇。和過去的第四代通信技術(shù)比較起來，5G無線通信技術(shù)具有信息傳輸速度快、信息安全性突出的優(yōu)勢(shì)。

在高速通信中的應(yīng)用

結(jié)合現(xiàn)階段中國(guó)的城市軌道交通系統(tǒng)分析結(jié)果來看，比較常見的通信系統(tǒng)為L(zhǎng)TE-M系統(tǒng)，但是這種系統(tǒng)并非十全十美，它存在受到頻段限制的問題，只能在1785～1805 MHz范圍內(nèi)發(fā)揮作用但是這一頻段同時(shí)會(huì)受到其他因素的影響，很難保證傳輸效率等，因此一般情況下只能按照10 MHz的頻率進(jìn)行軌道交通運(yùn)營(yíng)信息傳輸。同時(shí)，為確保城市軌道交通信息系統(tǒng)的正常運(yùn)作，還需要把帶寬分成兩部分應(yīng)用，涉及到兩種冗余方式同時(shí)運(yùn)行，這使得城市軌道交通數(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。

相比于城市軌道交通視頻信息傳輸所需要的4 Mbit/s（H.264）標(biāo)準(zhǔn)，這樣的帶寬往往并不能滿足信息傳輸?shù)膶?shí)際需求，在同一個(gè)區(qū)域內(nèi)需要同時(shí)進(jìn)行信息傳輸?shù)膬闪熊囕v，往往會(huì)存在多列圖像傳輸和通信傳輸遲滯的問題，應(yīng)用效果比較一般。而5G無線通信技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用則解決了這個(gè)問題，5G無線通信技術(shù)當(dāng)中的許多技術(shù)都能夠保證通信頻率，和現(xiàn)在應(yīng)用的寬帶系統(tǒng)比較起來，5G無線通信技術(shù)當(dāng)中包含大量高級(jí)的頻段，能夠解決頻率范圍過小、傳播信號(hào)容易被覆蓋等問題，確保高速和短距離通信效果。借助各種各樣的技術(shù)手段，5G無線通信技術(shù)下的通信頻率效率可以比4G通信提高5至10倍。

不難看出，5G無線通信技術(shù)能夠在城市軌道交通的高速通信中發(fā)揮積極作用，盡快普及5G無線通信技術(shù)，是提升城市地區(qū)軌道交通運(yùn)行效率、降低施工量的必然選擇。

在端到端通信中的應(yīng)用

現(xiàn)階段來看，在CBTC控制列車的系統(tǒng)中，為保證列車能夠正常穩(wěn)定運(yùn)行，寬帶會(huì)分成A和B兩種冗余方式進(jìn)行通信工作，這兩種通信網(wǎng)絡(luò)之間互不影響、獨(dú)立存在，在過去的很長(zhǎng)一段時(shí)間里，這樣的通信模式發(fā)揮了積極作用，但時(shí)至今日，這種模式下線路網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的通信設(shè)備使用費(fèi)用過高、工程費(fèi)過高等問題越來越明顯。

同時(shí)，傳統(tǒng)的城市軌道交通通信系統(tǒng)還具有工期比較長(zhǎng)、運(yùn)行維護(hù)十分困難的問題，不符合新時(shí)期我國(guó)城市軌道交通發(fā)展的具體需求。而5G無線通信技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用解決了這一問題，它不涉及到基站建設(shè)等問題，而是通過裝備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的D2D(縱向間)通信技術(shù)，保證信息的有效穩(wěn)定傳輸。所謂的D2D通信是一種重復(fù)通信方式，它的應(yīng)用讓鐵路網(wǎng)絡(luò)故障能夠及時(shí)得到彌補(bǔ)和處理，車輛之間可以直接進(jìn)行通信，了解對(duì)方的運(yùn)行情況和相互位置等，從而保證城市軌道交通的安全運(yùn)行。

總體來說，5G無線通信技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用具有一定的現(xiàn)實(shí)價(jià)值，保證端對(duì)端通信的順利進(jìn)行，特別是D2D通信技術(shù)更是讓列車之間的溝通不再需要額外的媒介，保證了溝通的順暢性。

海量用戶超密集組網(wǎng)

5G無線通信技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，通信帶也在持續(xù)不斷地?cái)U(kuò)大當(dāng)中，這使得其流量傳輸能力越來越高，在城市軌道交通海量用戶密集組網(wǎng)當(dāng)中的應(yīng)用效果也由此得到了提升。

從實(shí)際的城市軌道交通通信情況來看，對(duì)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)備進(jìn)行改造，使之一部分通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，必然能夠讓電線分散部署設(shè)備的數(shù)量得到降低，從而達(dá)到保證設(shè)備安裝或維護(hù)靈活性的效果。

同時(shí)，為了確保整個(gè)系統(tǒng)的安全性，還需要通過使用無線傳感器設(shè)備和防盜設(shè)備的方式，規(guī)避信號(hào)丟失泄露等一系列風(fēng)險(xiǎn)，在無線網(wǎng)絡(luò)支持下，對(duì)城市軌道交通車輛設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行在線采集、在線分析，能夠第一時(shí)間確定設(shè)備是否正常運(yùn)行、設(shè)備故障和故障風(fēng)險(xiǎn)種類等，而軌道交通控制中心的工作人員也能在5G無線通信技術(shù)的支持下，順利及時(shí)地獲取設(shè)備故障信息，并采取措施保證車輛正常運(yùn)行。

在大規(guī)模天線列陣中的應(yīng)用

5G無線通信技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用不僅僅集中在上文中提到的幾方面，它還能在大規(guī)模天線列陣中發(fā)揮獨(dú)特的作用，相比傳統(tǒng)的通信技術(shù)，5G無線通信技術(shù)所具有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)更加明顯，借助天線空分特性，使同一頻率的資源能夠?yàn)椴煌脩敉瑫r(shí)提供信息支持，在保證頻譜效率的基礎(chǔ)上，解決了傳統(tǒng)模式下數(shù)據(jù)信息傳輸不可靠的問題。

從某種程度上來說，5G無線通信技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用，使城市化愈發(fā)成熟背景下軌道交通設(shè)備接入量越來越大的問題得到了妥善解決，它能夠通過波束賦形優(yōu)化列車抗干擾能力，使波束傳播的方向性更突出，這樣一來就可以根據(jù)信號(hào)判斷列車的位置和行駛軌跡等，為保證城市軌道交通的安全性提供強(qiáng)有力的支持。

在城市軌道可靠性優(yōu)化中的應(yīng)用

5G無線通信技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用，是提升城市軌道交通系統(tǒng)自動(dòng)化和系統(tǒng)化水平的必然選擇，比如跟蹤間隔是衡量列車控制系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)，決定著城市軌道交通車輛的運(yùn)行穩(wěn)定性，利用5G無線通信技術(shù)對(duì)跟蹤效率進(jìn)行提升，就能夠從根本上保證城市軌道交通的可靠性和安全性。

在綠色通信中的應(yīng)用

為進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)通信行業(yè)可持續(xù)發(fā)展，提出了綠色通信的發(fā)展新目標(biāo)，而5G無線通信技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用，恰好能夠?qū)崿F(xiàn)這一目標(biāo)。城市軌道交通是我國(guó)公共交通運(yùn)輸業(yè)的重要組成部分，因此在構(gòu)建通信系統(tǒng)的時(shí)候，必須要考慮到環(huán)保型、資源節(jié)約性等問題，5G無線通信技術(shù)的應(yīng)用，降低了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的費(fèi)用和能耗，對(duì)于促進(jìn)城市軌道交通的綠色化發(fā)展意義重大。

5G通信技術(shù)應(yīng)用的注意事項(xiàng)

現(xiàn)階段我國(guó)的5G無線通信技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在世界范圍內(nèi)也處于領(lǐng)先地位，將5G無線通信技術(shù)應(yīng)用到城市軌道交通中去，是一種極具現(xiàn)實(shí)價(jià)值的嘗試，但是也不可避免地會(huì)遇到各種各樣的問題，為確保5G無線通信技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用質(zhì)量，需要關(guān)注以下幾方面問題:

第一，在以5G無線通信技術(shù)為基礎(chǔ)擴(kuò)大通信覆蓋范圍的過程中，其頻譜效率會(huì)得到提升、系統(tǒng)通信容量也會(huì)得到擴(kuò)展，在這種情況下必須要采取措施對(duì)現(xiàn)有頻譜資源進(jìn)行合理應(yīng)用設(shè)計(jì)，結(jié)合城市軌道交通通信的不同需求，對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。另外，還需要認(rèn)識(shí)到不同算法的不同特征，從而根據(jù)城市軌道交通系統(tǒng)頻發(fā)切換需求，避免城市軌道交通通信不穩(wěn)定的問題。

第二，利用D2D通信技術(shù)提升城市軌道交通通信質(zhì)量，已經(jīng)成為工作的重中之重，而為了使之更好地發(fā)揮作用，工作人員必須要考慮到這一技術(shù)在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用問題，加大力度提升其與蜂窩網(wǎng)絡(luò)資源共享的速度和穩(wěn)定性。

第三，5G無線通信技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用具有一定的難度，因此不可能一蹴而就，工作人員必須要始終堅(jiān)持逐步推進(jìn)的原則，在現(xiàn)有的第四代通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，在保證原有系統(tǒng)能夠正常發(fā)揮作用的情況下，適當(dāng)引入5G無線通信技術(shù)，從而確保在5G無線通信技術(shù)不能正常發(fā)揮作用的情況下，其他通信方式仍然能夠正常運(yùn)行，避免5G無線通信技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)語

5G無線通信技術(shù)應(yīng)用到城市軌道交通當(dāng)中，能夠保障城市軌道交通的通信穩(wěn)定性及運(yùn)行可靠性，促進(jìn)城市軌道交通更加自動(dòng)化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化、綠色化發(fā)展，具有不可估量的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。