5G技术用于城市轨道交通车地无线通信系统的研究分析

2022-10-18姜涛

通信电源技术 2022年11期

关键词：轨道交通车站无线

姜涛

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏南京 210000）

0 引言

随着5G技术的不断发展和进步，其应用范围和场景也在拓展。围绕城市轨道交通无线通信的需求，优化应用5G技术，突破传统4G技术传送效率低以及易受干扰等问题，形成更加可控的管理模式，最大程度上减少技术应用系统的故障率。

1 5G技术用于城市轨道交通车地无线通信系统的意义

一方面，5G技术的应用突破了传统技术模式的瓶颈问题，为车地无线系统技术层面的改革提供了良好的支持。结合5G技术对车地无线系统的优化能实现1 024 Mb/s通信速率的整合，并且配合多输入多输出大规模天线技术，能有效实现无线接入层频谱效率的升级目标，为终端数量优化予以支持。与此同时，5G技术还支持移动边缘计算模式，为实际应用业务的下沉处理提供保障，真正意义上实现车站接入网侧运行效率的优化目标，避免时延造成的影响[1]。

另一方面，5G技术的应用为运营管理、效率优化以及用户体验感的升级提供了较为合理的技术保障，也能配合技术要求实现智慧轨道交通的应用目标，打造较为理想且安全的信息交互管理场景。

综上所述，5G技术被广泛应用在城市轨道交通车地无线通信系统中，具有重要的研究意义。

2 5G技术用于城市轨道交通车地无线通信系统的具体方案

基于5G移动通信技术的优势作用，在城市轨道交通车地无线通信系统研究工作中，要整合具体的技术要素，确保能充分发挥5G移动通信技术高可靠性以及低时延技术优势，维持较为稳定的网络数据流量监督控制效能。

2.1 整体技术升级

相较于4G移动通信技术，5G技术大大提升了数据流量，为了保证流量监督控制的合理性，围绕技术标准落实相匹配的技术模块[2]。4G、5G技术的对比如表1所示。

表1 4G、5G技术对比

正是基于5G技术升级的技术模块和内容，才能维持其应用的实际水平[3]。（1）新型网络架构技术主要是借助网络功能虚拟化技术体系和软件定义网络（Software Defined Network，SDN）技术，为网络扁平化处理提供保障，形成效率较高但成本较低的主干网络，并匹配5G技术优势形成低延时的控制模式[4]。（2）大规模天线技术实现天线端口从二维扩展到三维的目标，为高阶多端输入和多端输出陈列处理工作予以保证，大大提升频谱利用率。（3）移动边缘计算（Mobile Edge Computing，MEC）技术主要是将网络的相关业务内容直接下沉到无线接入层，提升5G网络传输的速率，也能最大程度上优化用户的体验[5]。

除此之外，5G技术的应用还对核心网络结构进行了网架升级和优化，借助通用硬件打造核心网络模式，匹配灵活高效的控制转发处理模块，能够最大程度上提高接入层业务的准确性水平，为综合性能的优化予以保障[6]。5G 技术应用架构设计如图1所示。

2.2 LTE-A技术引入

在城市轨道交通信息传输模式中应用5G技术时，基于4G长期演进（Long Term Evolution，LTE）技术能最大程度上提高其融合性，选取对应的技术内容和技术模块，维持无线核心网组网技术的综合效能，并打造最优化、最可靠的车地无线通信运行系统。

一方面，正是由于SDN等模式的融合处理，核心层的网络运行管理设备逐渐转变为非专用AC，要结合硬件设备构件的基础设施运行平台，最大程度上减少成本的投入，才能维持资源配置的合理性。与此同时，在应用通用核心网络硬件设备的基础上，还能将相应的功能模块布置在任意位置，实现按需分配以及动态延伸的处理目标，满足最优化效率处理标准[7]。

另一方面，借助长期演进技术升级版（Long Term Evolution-Advanced，LTE-A）技术还能构建完整的接入模式，其实际接入速率远远高于传统的无线局域网（Wireless Local Area Networks，WLAN）技术，能在打造完整运行处理系统的基础上进一步核实相应信息内容，并且能有效控制时延，维持良好的应用状态。

2.3 MIMO技术引入

在5G技术应用框架结构中，多输入多输出（Multi Input Multi Output，MIMO）技术能最大程度上提高整体服务体系的频谱效率和数据传输稳定性。在MIMO增强技术中，利用大规模无线天线阵列就能提高车地无线车站接入层运行的安全水平，实现频谱效率和系统容量的优化。

在WLAN制式车地无线系统中，车站和运行车辆的通信覆盖一般都是借助轨道旁访问接入点（Access Point，AP）、小规模天线技术等打造车站层车地系统。轨道交通车地系统高速移动性不断增加，AP连接中断或系统信息重传等问题屡屡发生，影响通信质量效果的同时，也会造成整个系统运行的故障。基于此，对原有系统技术模式进行升级，借助5G技术完成车地无线系统部署处理工作，采取的是小基站+大规模天线技术的应用模式，为车站层无线接入提供更加合理化的部署条件。正是基于1个车站内实现了多个天线的部署，这就有效优化了频率效率，并且能打造全面覆盖的应用模式，避免干扰造成的不良影响，也为车站接入层通信体验的显著提升予以保障[8]。

2.4 MEC技术

在城市轨道交通信息传输系统设计体系中，移动网边缘能提供IT应用模式，借助对应的模块有效维持服务环境和云计算的可靠性管理效能，保证无线接入网侧控制的规范性效能满足预期，也为用户信息交互管理水平的提高提供支持。结合目前轨道交通发展进程可知，城市轨道交通乘客信息系统（Passenger Information System，PIS）的应用依旧存在图像无法及时加载或无法上传信息的现象，调度人员不能对车载中国中央电视台（China Central Television，CCTV）进行实时性监控管理，主要是因为系统数据传输速度有限，视频图像还存在信息丢包和信息重传等问题。而在建立基于5G技术的车地无线专用通信时，利用系统处理模式的升级，配合MEC技术方案，就能在提升接入层接入效率的同时，保证车站内部署天线应用控制方案效能的最优化，并打造边缘计算服务器应用控制平台。

首先，城市轨道交通车地无线系统完成接入层移动边缘计算服务器的处理，车站级车载CCTV图像和车载紧急文件下发等功能都能借助边缘计算服务器完成，为相关实务处理效率的优化予以保障，并最大程度上提高综合运行质量水平。

其次，移动边缘计算服务器的处理还能为CCTV系统车站摄像头本地监控和实时性信息存储予以支持，配合无线接入层实现业务应用终端的可控化连接处理。例如，车站的环控设备、门禁系统等都能在协同管理基础上完成联动[9]。

最后，车站的运维人员借助移动终端就能完成快速故障巡查和管理，真正推动城市轨道交通向着物联网技术模式方向发展，也为智慧交通的多元运维控制提供保障。

2.5 频段选择

相较于传统WLAN制式，基于5G技术建立的无线通信应用控制平台的性能更加优越，能结合技术要点完成专用频点的设置，申请专用频点后就能有效规范车地无线系统运行结构，解决其受到民用产品干扰产生的问题。在技术全面推进的同时，3 300～3 400 MHz、4 400～4 500 MHz以及4 800～4 900 MHz这3个频段作为城市轨道交通车地无线系统使用的关键，为传输业务效能的优化予以支持[10]。