5G 在铁路信号控制系统上的应用研究

2020-11-26王孟重阳

商品与质量 2020年35期

王孟重阳

中国铁路北京局集团有限公司天津电务段天津 300140

伴随着5G 网络的发展，采用5G 信号覆盖的铁路无线通信进行信号传输成为未来通信发展的主要方向，在5G 信号覆盖的铁路无线通信中传输的信号格式主要有调频信号、视频信号以及多媒体信号，结合大数据信息融合实现铁路无线通信信号的自动传输和控制，采用自适应的信道均衡控制技术，提高信号的调制和解调能力。在5G 信号覆盖下进行铁路无线通信设计，提高铁路无线通信网络的覆盖能力和信号传输能力，在铁路通信中，采用5G 信号覆盖方法，构建5G 网络下的铁路信号覆盖模型，实现铁路通信的多媒体信号传输，提高铁路通信中的视频、音频以及各种控制信号的自动传输能力。在5G 网络模式下，铁路通信受到铁路无线通信异常断点的影响，导致信道的均衡性不好，需要进行无线通信的异常断点识别[1]。

1 概述

目前，中国铁路里程已突破13 万km，对国家经济的快速发展发挥了重大作用。然而铁路运输环境越来越复杂且难于管理。尤其国内的水灾发生频率高，持续时间长，使得铁路运输安全面临重大挑战。中国国家铁路集团有限公司下属各铁路局集团管辖线路覆盖中国绝大部分疆土，铁路管辖的西北、华东、华中以及华南区域的降水量特点是暴雨的发生率较高，尤其汛期的短时暴雨达到极值。各铁路局管辖线路，因班组人数限制、管辖区间长以及高原降雨过程等因素，难以实现徒步快速巡查。主要利用登乘机车、轨道车、车载视频监控等方式，监控洪汛信息。集团防洪指挥部获取的防洪防汛信息，通过揭示卡在LKJ 监控显示防洪防汛信息，提示机务乘务员减速和瞭望。当降雨量达到封锁警戒标准，执行封锁警戒；暴雨天气紧急情况下，现场巡查人员认为需要封锁警戒时，执行封锁警戒。警戒响应：当雨量达到列车封锁警戒值时，车站值班员要通知在封锁警戒区间的在途货车、客车、动车组列车，以随时能停车的速度（在普速铁路区段运行的所有列速度不大于20km/h，在高速铁路运行的动车组列速度不大于40km/h、其他列车速度不大于20km/h；在长大坡道、分相区等特殊地段，按列车能通过的可控速度行车，避免因雨量警戒限速造成列车坡停）运行，并加强瞭望，同时在客车封锁警戒解除前不得向客车封锁警戒区间持续发列车[2]。

2 5G 在铁路信号控制系统上的应用

2.1 多天线技术的应用

在铁路信号控制系统的运行过程中，可以将多天线技术应用在其中。比如。其中的MIMO 多天线技术，技术优势主要体现在以下几点中：第一，空间分辨率较强，这对于更多空间资源信息的获取可以打下良好基础，用户之间的自由通信也将会实现，在此基础上，频谱效率的提升会得到保障。第二，将局限波束范围控制在合理范围内，这样对于外界因素的干扰，可以将其控制在有效范围内。第三，可以在最大程度上，避免受到外界因素的干扰，将干扰问题控制在合理范围内，这样可以八保证整个铁路信号控制系统能够安全稳定运行。在多天线技术的具体应用过程中，要注意以下几点问题：第一，加强信道建模工作。信道建模就是说要在实测工作的前提下，尽量获取更多的参数数据。在仿真处理工作的开展中，可以加强对计算机的应用。因为此工作的工作难度相对较大，所以，对于该方面技术有着较高要求。第二，加强空间分址工作。通俗来讲就是，在大维矩阵空间当中，获得相应的资源。从目前我国发展过程中，华为已经达到这一要求。空间分址能够在很大程度上，提升5G 技术的性能与优势，但是在实际的使用过程中面临一定困难，因此，需要加大投入力度。第三，加强信道导频。在整个铁路信号控制系统中，有许多天线数量，因此，在估时过程中需要投入更多资金，同时在这一过程中，信道估计也是需要尽快解决的一个问题。因此，在此基础上才能将大规模MIMO 多天线技术进行充分利用。多天线技术将其应用在铁路信号控制系统中，促使系统的安全稳定运行[3]。同时使得网络的稳定性得到保障，将铁路信号控制系统的作用与价值充分发挥，为我国铁路事业的更好发展提供动力。

2.2 基于5G 系统的高速铁路智能管控系统

在高速铁路列车的运行过程中，高速铁路通信系统起着至关重要的作用。随着云计算、大数据等技术的发展，在5G 通信系统的保障之下可以实现对铁路的集中管理，实现智能调度、智能管理等功能。高传输速率的5G 通信系统为列车运行的实时监控提供可能，通过高速铁路列车上自带的检测设备可以随时将路轨状况以及列车状况上传到数据库中，进行实时分析，并对可能出现的故障进行检测及预判，提出合理的解决方案，从而减小了高速铁路列车运行中的故障率，保障了高速铁路列车的运行安全。同时5G 通信系统的端到端时延为毫秒级，且连接设备密度更大，可以实现列车与列车之间、列车与路侧配套设备之间的通信，并进一步实现列车紧急制动告警灯功能，使列车的主动安全控制与自动驾驶成为可能。通过使用基于5G 系统的高速铁路列车通信系统可以实现管理列车并实现自动化调度的功能、监测列车及行车线路状态的功能以及列车的主动安全控制功能等，可以更好的保障高速铁路运输过程中的安全。