通信技术在城市轨道交通中的应用研究

李祥

摘 要 随着我国经济的快速发展，城市化进程在不断加快，城市面临的人口压力也在与日俱增，给城市交通带来了很大的压力。当前，在城市轨道交通中，轻轨和地铁是两种主要的组成部分，其对节能能源和缓解交通压力带来了不可磨灭的贡献。而通信技术在城市轨道交通安全、稳定运营中发挥了重要作用，基于此，文章就5G通信技术在城市轨道中的应用进行了探讨。

关键词 5G通信技术;城市轨道;应用

15G 介绍

随着移动通信需求的不断增长，新一代移动通信系统——5G 将在未来几年内逐渐商用。届时，5G依据以往发展的规律会在多个方面的性能有所突破，特别是频谱利用率和能效将有较大提升，使得在传输速率和资源利用率方面会提高 1个数量级甚至更高。另外，5G将在传输延时、可靠性、安全性、覆盖能力等方面获得较大的性能提升。5G移动通信系统的应用领域也将进一步扩展，将增加端对端（D2D，Device-to-Device）通信功能，同时增强对海量传感设备及机器对机器（M2M，Machine-to-Machine）通信的支撑能力，从而促进未来万物互联目标的实现。5G不仅让用户的体验更好，而且能够满足更多行业、不同应用领域的特定需求[1]。

25G技术特点

（1）5G技术更加注重用户体验，同时不断推动技术创新。总体来说，网络流量、传输时延、虚拟现实、3D应用、交互式游戏等成为评价5G技术应用效果的重要技术指标。

（2）同传统移动通信技术有所不同，5G不再将点对点的信道传输、物理层作为核心技术，而是从多点传输、多用户、多天线、多小区组网作为重点技术，在技术架构上寻求功能提升和创新突破，力求带给用户不同寻常的通信体验。

（3）在5G网络中将会使用更多的高频段频谱资源，但是高频段无线电波传输能力较弱，无线与有线相结合的信号传输网络将会广泛应用。

（4）5G无线网络具备“软”配置能力，这决定了其未来将会成为主流发展趋势。通信运营商可根据客户需求变化灵活调整网络资源，最大程度压缩网络运营成本。

3通信技术的应用

城市轨道交通主要包括无线通信和有线通信，在现在的轨道交通通信中，无线通信得到了非常快速的发展，基本上可以实现抢险人员的实时通信，节约一定的时间，5G通信技术的运用成为切实可行的方式方法，能够缩短信息传送的时间，奠定了5G技术的使用地位;而有线通信也是轨道交通十分重要的一环，能够保证信息传递的及时性与可靠性，提高事故处理的能力。

可以说，5G通信技术的应用范围还是很广的，随着城市化进程的加快，基本交通设施必须与之相匹配才能促进城市经济的发展，通过通信技术的发展可以构建大规模的物联网，让物体之间的连接不受地域的限制，人们能够随时随地进行通讯;同样5G技术运用到列车运营也可以提高轨道交通的运营效率，实现实时连接，促进技术与交通的不断发展。

45G通信技术在轨道交通的运用

4.1 海量用户超密集组网

随着5G网络通信带宽大幅提高，5G网络可以承载更多的业务，同时允许大量无线设备组网通信。现有车载、地面有线连接组网的设备，部分可以改为无线组网方式，从而减少大量的布线，同时设备可以灵活地分布放置，从而降低需较大空间集中放置设备的需求，另外也便于设备的安装和维护。为了增加系统的安全性、可靠性，可适当增加无线传感器设备和监控设备，通过无线网络实时采集车载设备和轨旁设备的状态，进行在线大数据分析，及时发现设备故障和潜在问题，并及时反馈给控制中心和相關人员，第一时间获得准确的信息，对出现的问题进行精确定位，从而保障列车安全、高效运营。以上这些业务面临大量的终端接入问题。5G技术将支持海量终端接入，同时根据终端的特点提供不同的带宽、优先级、安全认证方式等，这为5G更加广泛应用提供了技术基础。

4.2 低延时，高可靠

追踪间隔保证列车以一定的时间间隔在线路上互不干扰地运行，不仅是衡量列车运行控制系统性能的关键指标之一，也是保证运营效率的重要参考。无线通信是CBTC系统实现较小追踪间隔的基础，而通信延迟是无线通信过程中普遍存在的问题，会造成车载和地面设备对信息使用不同步，可靠性降低，对列车追踪间隔、运行安全和效率产生影响。按照《城市轨道交通装备技术规范》，要求通信系统单路单向传输时延不超过150ms的概率不小于98%，不超过2s的概率不小于99.92%。根据不同通信时延下列车追踪间隔和最优速度值可知，在没有通信延时的理想情况下，列车追踪间隔为33.06s，当延时为200ms时，列车追踪间隔为38.27s。应用5G技术，可将端到端的延时降低至1ms以内，这将使运行间隔进一步缩短，使得虚拟联挂、编组运行成为可能。另外，通信延时减小，可增加系统的可靠性，提高运行安全。

4.3 基于小蜂窝技术应用通信技术

城市轨道交通在不断发展，加强传输信息的长度和宽度是十分重要的，基于小蜂窝技术的实现，城市轨道交通需要密集使用小蜂窝技术，保障每个蜂窝的覆盖范围，促进网络技术的提高，从而有效应对各种突发情况，提高列车运行速度，满足城市轨道交通的需求，提高5G通信技术的应用范围。

4.4 大规模天线阵列

大规模天线阵列有望应用于5G网络，可以通过天线空分特性，使相同时频资源能同时服务若干用户，不仅能够提高频谱效率，而且增加了传输的可靠性。这项技术不仅能够解决将来在轨道交通中海量设备接入的问题，而且利用波束赋形可以提高车地通信系统的抗干扰能力。由于波束赋性使波束传播具有一定的方向性，利用此特性还可以间接获得列车大致位置，辅助判断列车运行位置，追踪列车运行轨迹，适合在车辆段、换乘站以及地面段等空间开阔的场景使用。

5结束语

通过全面分析5G发展趋势和过程，可以看出在城市轨道交通上应用5G技术还需要进行充分性、必要性及可实施性论证;特别是在稳定性、安全性、无线频谱带宽及隧道通信应用特点等方面，需要进行专门系统的研究。同5G技术相比，LTE制式的无线通信技术有明显优势，更加适合城市轨道交通通信环境。如果能够将TETRA和Wi-Fi等通信技术融合起来，科学规划和布局，可以提高城市轨道交通通信资源，这比较符合当前的城市轨道交通发展需要。

参考文献

[1] 钱承远.5G移动通信关键技术的分析及其未来发展前景[J].通讯世界，2017（14）：125-126.