城市轨道交通中5G通信技术的应用

杜跃龙

摘要：随着经济和信息技术的快速发展，轨道交通作为城市动脉和大众化的交通工具，是国家关键基础设施和重要基础产业，对我国经济社会发展、民生改善和城市安全起着不可替代的作用。《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》指出，要利用云计算、大数据、5G等技术，构建安全、便捷、高效、绿色、经济的新一代中国式智慧型城市轨道交通。随着对移动通信需求的持续增长，5G频谱利用和能源效率将大大提高，在传输延迟、可靠性、安全性和覆盖范围方面实现更大的性能改进，并在城市轨道交通车地通信、运行监测、网络覆盖、大数据分析等复雜场景数字化应用将不断深入，成为实现城市轨道交通智能化的重要支撑。

关键词：城市轨道交通;5G通信技术;应用

引言

目前提出的城市轨道交通信息传输系统运行稳定性较差，导致丢包率过高;基于5G无线通信技术设计一种新的城市轨道交通信息传输系统，利用列车自动监控系统、区域控制系统、车载控制系统、联锁控制系统、数据库存储系统和数据通信子系统等构建系统框架;设计硬件的监控子系统、控制器、5G无线数据通信子系统，保障城市轨道交通的信息传输及即时通信;在服务器收到客户端连接请求后，向客户端返回响应消息，实现软件通信功能，同时设计了通信信号损耗分析程序;为验证系统效果设定对比实验，结果表明，基于5G无线通信技术的城市轨道交通信息传输系统能够有效保证传输过程稳定性，降低通信过程丢包率，具有较好的传输安全性。

1市轨道交通中传统通信技术存在的问题

在城市轨道交通中，传统通信技术的应用存在一些不足之处，传统的无线通信技术主要为WLAN、LTE，在设备选型时，需要对各项业务进行评估后再选择。其中，LTE能够满足智能运营维护、宽带视频、多媒体集群等业务要求，是轨道交通行业发展的热点。WLAN可以应用在移动办公、智能运营维护、服务型业务、宽带视频等领域，在轨道交通中的应用也已经成熟，但是，频段之间容易发生信号干扰，安全性还有待提升。在很长一段时期中，我国城市轨道交通是多种技术并存，传统的通信技术存在诸多问题，影响了轨道交通业务的发展，其建设和维护成本相对较高，缺乏良好的抗干扰能力，传输速率也具有局限性，无法支持高速运行和智能化发展。在这一历史背景下，需要让城市轨道交通朝着稳定传输、更高移动性、多样化应用方向发展，以更好地满足人们的智能化体验，而传统的技术很难达到这一要求。5G通信技术已经成为解决城市轨道交通问题的实用技术，能够缩短信息传输时间，确保信息传递的可靠性、及时性，还可以创建物联网，让用户通信不再单一局限在某个区域，能够有效提高运营效率，其中的D2D通信功能可以减轻基站负担，有助于城市轨道交通系统的稳定、安全运行。

2轨道交通5G应用分析

2.1无线高速通信

轨道交通车地无线通信作为保障安全运营的重要环节，承载了以下生产业务：基于通信的列车运行控制系统，完成对车辆安全行驶的控制功能;列车运行状态监测系统，用于保障车辆运行期间关键设备系统的安全运转;车载视频监控系统，用于列车内视频图像实时上传;乘客信息系统，用于线网异常情况下的乘客通知及运营服务信息发布。例如列车运行状态监测应用方面，在4G网络下，通过在车上部署数据采集处理与发送设备，可实现列车原始数据的分布式收集、本地存储等功能，但数据量大小和数据速率受限，只能应用于小数据传输;大数据传输（如走行部记录文件等）方面需要依靠人工方式实现。引入5G后，可以提高数据量和数据传输速率，实现大数据文件实时传输，实现对系统及关键部件状态监视、故障预警及健康评估等功能，为列车运行提供远程诊断与专家技术支持。

2.2强化列车应急防灾急救功能

对于城市的轨道交通系统来说，它综合了安全防护系统、视频监控系统以及相应的报警系统等多功能子系统集合，以云数据为基础，通过智能算法等多种方式来不断完善相应的管理流程与应急解决方案，可以在列车遇到紧急状况的时候，能够迅速的为地铁应急防灾提供安全有效的解决处理方案，从而保障人民群众的生命健康安全。通过应用新一代的城市轨道交通系统，能够有效的提升列车的运行效率，降低车辆发车的间隔，提升车辆的载客量，并且通过该系统能够更好的应对列车在运行过程中出现的紧急状况，让工作人员能够及时掌握到现场的实际情况，从而快速制定相应的应急防灾处理方案。并且通过加强对于5G通信技术的应用，可以更快的了解到现场的实际状况，并采用安全防护系统的监控系统功能有效的抓拍各类事故问题，通过无记技术能够为这些网络问题处理提供充足的网络带宽，全面提升运行效率，提升监控视频的图像质量做到实时传达，从而能够更加快速有效的处理紧急事件。

2.3 5G系统减小传输时延和提高可靠性的技术

低时延高可靠URLLC场景是5G系统的另一个应用场景，URLLC的超可靠性是通过采用鲁棒性较强的编码和调制阶数、重复传输实现的。而其低时延实现的方法包括将调度时间资源单位进一步细分成mini-slot、采用自包含帧结构、多调度请求并发机制、上行免授权机制、采用多址边缘计算MEC技术以及HARQ（hybridautomaticrepeatrequest，自动请求重传）反馈增强技术等。

2.45G通信在设备维护中的应用

在轨道交通中，有大量各异的设备，维护周期长、分布广，对于维护工作的要求非常高，如果维护工作未做到位，可能造成不可挽回的损失。人工巡检的方式不仅容易出现错检和漏检问题，且效率非常低，对此，需要构建智能化运营和维护体系，对整个设备的运行情况进行实时监控。借助5G网络，能够让监控从以往的被动维护转化为事前预警、事中处理，提高了维护工作的质量，能够为轨道交通的安全、稳定运行奠定基础。

结语

新型通信技术的快速发展，为城市轨道交通开启万物互联的智慧轨道交通时代提供了重要的基础建设支撑。在此应用背景下，5G移动通信关键技术在城市轨道交通车地通信环境中的应用进行了详细的分析，值得推广。

参考文献

[1]城市轨道交通车地综合通信系统（LTE-M）总体规范第1部分：系统需求：T/CAMET04005.1-2018[S].北京：中国城市轨道交通协会，2018.