摘要：第五代移动通信网络(5G)已受到世界各国企业、科研机构和大学的广泛关注和研究。目前，5G技术对于保障列车运行安全，使铁路通信管理更加有序，网络更加稳定起着非常重要的作用。
关键词：5G系统指标；铁路通信技术；系统功能；全双工技术
移动互联网的高速发展和新的终端形式的发展,形成一个新型的业务形态,包括智能家庭、智能城市、远程医疗、环境监测,如铁路通信、数据服务需求的爆炸性增长,年增长率在80%~150%之间,预计10年将达到1 000倍。
一、慨况
自70年代以来,移动通信的发展,从模拟语音通信的一种技术,使今天的移动宽带服务的提供高品质、与数据数兆比特/秒的速度从最终用户和用户体验的不断好转。此外，随着新移动设备的增加、通信服务的增长和网络流量的不断增加，现有的无线技术已不能满足未来的通信需求。相比、第五代移动通信技术（5G）的业务提供能力将更加丰富，而且，面对多样化场景的差异化性能需求，5G很难像以往一样以某种单一技术为基础形成针对所有场景的解决方案。我国IMT-2020（5G）推进组发布的5G概念白皮书从5G愿景和需求出发，分析总结了5G的主要技术场景、关键挑战和适用关键技术，提炼出5G的关键能力和核心技术特征，形成5G概念。
二、5G 的应用
1.多天线技术。MIMO 多天线技术的优势主要体现在以下几个方面。第一，具有较高的空间分辨率，能够获取更多空间资源，实现多个用户的自由通信，进而在此基础上有效提升频谱效率。第二，能够局限波束的范围，将外界干扰控制在最小范围。第三，控制发射功率，有效提升整体的功率效率。第四，提升预编码和检测器的质量，能够抵抗许多干扰因素。多天线技术的研究可从以下几个方面进行具体说明。第一，信道建模，需要在实测基础上获取相应参数，通过计算机进行仿真处理。这项工作较为复杂，因此技术方面要求相对较高。第二，空间分址，即在大维矩阵空间中获取更多资源。目前，当前规模最大的是空分多址，这项技术能够有效提升 5G技术的性能，但其具有较大难度，还须加大研究力度。第三，信道导频，由于天线数量较多，因此估计时需要较大的开销，而信道估计也是目前要解决的一个重要问题，只有在此基础上才能顺利实现大规模的 MIMO 多天线技术。该技术在铁路通信的管理工作中能够充分发挥作用，有效保障网络的稳定性，并且合理分配频率，促使调动工作顺利完成。同时，系统传输效率也与天线数量有着较高关联性，因而能够合理利用频谱资源。此外，多天线技术能够进行功率发送，进而充分展现铁路设备的功能，使通信系统的布局更加合理。
2.全双工技术。全双工是 5G 技术中的一项接口技术，优势在于能够使终端设备信号的发送不局限于时间和频段，且使频谱效率在原有基础上提升了一倍左右，但同频信号会使接收信号受到影响。因此，这项技术需要解决的问题是如何控制干扰。当前，在消除干扰时采用的主要方法是数字域法，即对干扰参数进行估计，起到消除干扰的作用。当前使用的技术已经基本能够有效控制干扰，但在此基础上所建模型十分简单，且研究多局限于理论层面，缺乏实践经验，还需做进一步研究。要控制功率、能耗等，促使技术更加完善。从目前的应用情况来看，尽管全双工技术有一些缺陷，但在铁路通信中仍然具有优势，使系统中的不同链路顺利实现通信，且有效提高了资源利用率，明显提升了设备的信息传输效率，也使列车的各项运行信息能够处于监测状态下，有效保障了列车运行的安全性。同时，应用这项技术时还能够将系统风险控制在最小范围，促使列车运行更加可靠。另外，该技术的应用也解决了资源耗量过大的问题，缩减了成本支出。但是，针对以上提出的全双工技术中存在的问题，还须加大研究力度，促使其在铁路通信中发挥更大的作用。
3.异构网络。当前，数据业务的需求量持续增加，且增幅度较大，使当前的无线通信面临着一定挑战。通过密集异构网络能够解决这一问题。它的覆盖范围较大，能够提升系统容量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆估测结果显示，无线网络未来不同站点之间的密度将会是现在的10倍左右，且不同站点之间的距离将会越来越小，甚至在 10 m以内。这增加了限定范围内的用户数量，且每个节点都有对应的用户。同时，这项技术能够有效提升频谱效率和系统容量，进而增强系统的灵活性。
4.多载波技术。OFDM 系统的频谱利用率相对较高，但在信道的影响下干扰较为严重。为了解决这一问题，需要进行保护间隔的插入，延迟信息发送时间。然而，这种处理方式虽然能够解决干扰问题，但将严重影响子载波，因此使得问题处理仅局限于符号内部，而没有扩大到子载波层面，并不具有可行性。与OFDM 相比，多载波技术能够将子载波的干扰问题控制在最小范围，且不需要系统开销，自然能够有效提升频谱效率。目前，铁路通信急需解决的问题是频谱效率和干扰问题。因此，可将多载波技术应用于其中，满足不同频率的要求，且适当增加信道数量，使系统中较为复杂的问题通过计算尽快得到处理。多载波技术主要通过滤波器实现，要求在设计时必须充分考虑铁路的业务需求，不断调整设计方案，确保系统的运行能够更加可靠和安全，提高系统处理各项业务的效率。5G 时代全面到来后，滤波器的功能将会更加完善，将促使铁路通信系统的性能更好，系统指标更加清晰，各项先进技术的应用更加合理。
三、基于5G的高速铁路移动通信技术
1.无线信道建模。目前，高速铁路的广播环境要求更加简单，最显著的特点意味着更好的通信环境。此外，过高的运动速度可能会增加多普勒运动，但系统可以有效地控制它们。
2.分布式网络和云架构。目前,在基站资源利用率低,以确保在铁路运营安全有效,应减少在同一条线上的列车数量,使用离境的间距,从而掌握资源浪费的问题。云中的无线接入网体系结构在解决这一问题方面发挥着重要作用，使公共资源能够从集中的基站转移到基带，从而集中控制资源。
1.控制面和用户面分离。一般来说，服务基站和访问用户之间有两层连接。控制面用于控制指令，用户面用于传输业务数据。如果订购规模足够大，就可以确保用户的移动性。在这一过程中，如果考虑到成本因素，也可以采用lte-r遗留频段的方法。此外，应将数据载体放置在高频段，以有效增加系统容量。
4.异构网技术。系统容量的增加可以通过提高频谱效率来实现，但系统的带宽更容易操作。目前，未经授权的频段主要用于系统容量扩展过程。技术协调方案可能受到干扰。为了避免这些问题，首先要对通道进行质量控制，然后对通道进行过滤，最后选择满足最低要求的信道。
5.多天线技术。应用这项技术能够改变各天线之间的相关性,然后LOS在高速铁路的环境下就可有效扩充系统容量,将会直接影响到列车的运行安全。因此，为了有效地减少切换次数，分布式天线技术是必要的。
四、我国现代铁路通信技术的发展趋势
在1980年代,集群通信系统已经应用于铁路运输,通信信道的系统网络的灵活性、效率高等,这使得乘客得到良好的通话质量保证,列车公务人员的业务通信也得以正常进行，铁路集群通信系统基本上可以满足铁路通信的需要。集群通信系统虽然基本满足了铁路通信的需要，但无法实现列车的实时定位和跟踪。因此，为了优化和完善通信系统，铁路部门利用先进的移动通信技术，对铁路通信网络进行了重构和建设如第三代移动通信系统和现代铁路技术。为了充分满足未来铁路发展的通信需求，铁路通信建设部门将采取有效措施，实现整个通信系统生命周期内运输增长的目标。为了有效地确保铁路通信系统的可靠性和安全性，还应将其与其他系统有效地结合起来，以便在必要时提供有效的支持。铁路通信系统的发展一直以与公共网络的整合为导向，并已采取有效措施改善铁路通信系统，从而与公共网络实现协调。
总之，5G技术最突出的优势在于它能够展示多种技术的优势，促进问题的有效处理。5G技术的优势非常适合铁路通信，可以有效提高传输网络的效率，及时处理故障，使系统运行更加稳定和安全。
参考文献
[1]王宁.浅析光纤通信技术在铁路通信系统中的应用[J].科技创业家,2017(15):186-187.
[2]苏轩.我国铁路通信技术的应用及发展趋势[J].科技与生活,2017(03):254-255.
论文作者:程鹏智
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/9/3
标签：技术论文; 铁路论文; 系统论文; 通信论文; 干扰论文; 频谱论文; 信道论文; 《防护工程》2019年12期论文;