摘要：随着5G通信技术的深入研究和发展，我们可以总结5G通信技术的一些技术优势和特点。试图分析和比较这些优势和特点，并讨论5G技术的应用，以解决城市轨道交通系统的一些瓶颈和潜力，而这些问题的解决对城市轨道交通系统的发展具有重要意义。
关键词：城市轨道交通；通讯系统；第5代移动通信技术
引言
城市轨道交通综合陆线通信系统（LTE-M，Metro长期演进系统）基于4G通信技术，由于其高移动性，大覆盖范围，强抗干扰能力，先进的业务优先级调度算法，逐步取代无线局域区域网（WLAN）。随着2016年中国城市轨道交通协会发布“城市轨道交通综合通信系统（LTE-M）规范”，LTE-M系统已成为新型城市轨道交通首选的车对地通信系统线。同时，地面和地下城市轨道交通线路中LTE通信通信的广泛覆盖也为乘客提供了访问互联网和视频呼叫的便利。然而，在实际应用和测试中，发现应用于城市轨道交通的LTE-M带宽受到频谱资源的限制，并且综合承载容量有限。由于LTE-M的延迟，列车的控制系统的性能受到限制。
目前，各国正在积极推动第五代移动通信（5G）技术的发展和相关标准的制定。在2016年11月国务院发布的“十三五”国家战略性新兴产业发展规划中，5G技术有明确方向：大力推进5号联合研发，试验新一代移动通信（5G），同时也对轨道交通行业提出了明确要求：强化轨道交通设备的领先地位，推动轨道交通设备产业的5G化，绿色化，轻量化，系列化，标准化和平台化发展，加快新技术，新工艺，新材料的应用。地方企业和科研单位已开始开展5G轨道交通研究，北京市科学技术委员会表示，未来的新地铁线路将保留5G通讯空间，其工业和信息化部表示，将努力在2020年推出5G商用。通信系统是城市轨道交通的重要系统，为城市轨道交通的发展增添了新的动力。
一、5G技术概述
1.5G介绍
随着对移动通信的需求持续增长，新一代移动通信系统5G将在未来几年内逐步商用。那时，5G将根据过去发展的规律在很多方面突破，特别是频谱利用和能源效率将大大提高，这将使传输速率和资源利用率提高一个级别或更高。此外，5G将在传输延迟，可靠性，安全性和覆盖范围方面实现更大的性能改进。5G移动通信系统的应用领域将进一步扩展，增加通信功能，增强对大众传感设备和对机器通信的支持能力，从而实现未来对象的互连目标。5G不仅使用户体验更好，而且还满足更多行业和不同应用领域的特定需求。
2.技术优势
根据目前的研究进展，5G将采用多种新技术和新方法来提高通信性能，扩展通信功能，如高频数据通信，大规模阵列天线，新型多址技术，新型多载波技术，全双工，D2D通信，密集通信和新通信架构等技术。通过这些技术，实现了从4G通信到5G通信的飞跃。与4G通信相比，5G通信系统在以下方面的性能将得到显着提升。5G还增加了D2D通信功能，这是一种设备到设备的直接通信技术，可以减轻基站的负担，减少通信延迟的现象。与蜂窝通信相比，D2D通信仅占频谱资源的一半。此外，距离较近的用户可以通过使用D2D通信来降低传输功率并节省能源。此外，5G还在安全性和可靠性方面提出了更高的要求，这些5G以上的主要性能改进有助于提高城市轨道交通通信系统的性能。
二、城市轨道交通5G应用
1.高速通讯
根据“城市轨道交通设备技术规范”的系统要求，在不同的自动运行下传输列车运行控制服务，列车应急文本传递服务，列车运行状态监测服务，视频监控服务和旅客信息系统视频服务，不需要集群调度服务的传输速率，但根据实际现场测试，单频道高清视频约为<4Mbit/s。在每个业务的上述最小单元的情况下，5MHz带宽的LTE-M通信速率难以满足每个业务的集成承载的设计要求，尤其是当多业务并发时，例如，多列列车通信的这种情况，单通信承载远远不能满足需求，进一步限制了业务扩展空间。受此问题的影响，目前的解决方案是设计多个通信来承载不同的服务，导致通信结构复杂，周期长，后期维护困难。
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一方面，5G采用多种技术提高频谱效率，在原带宽下提供更高的通信速率。另一方面，使用较高频带可以缓解频谱资源的当前情况并实现极高速和短距离通信。结合各种技术改进，与4G通信相比，5G通信将频谱效率提高了5到10倍。根据当前的测试速率，当前上行链路平均通信速率可以增加到18.5到37Mbit/s，并且下行链路通信速率增加到42~84Mbit/秒。这样，不仅可以全面承载所有现有业务的单一通信，还可以增加多路高清视频，满足更多业务的需求，简化了新线路通信设计的复杂性，降低了难点。保随着5G通信综合承载能力的提高，轨旁设备的建设和安装逐步减少，有利于满足旧线路建设周期和有限轨旁空间的改造要求。
2.低延迟，高可靠性
跟踪间隔确保列车在一定时间间隔内在线路上运行而不会受到干扰。它不仅是衡量列车运行控制系统性能的关键指标之一，也是确保运行效率的重要参考。无线通信是CBTC系统实现小跟踪间隔的基础，通信延迟是无线通信过程中的常见问题，这将导致车辆和地面设备异步使用信息，降低可靠性，训练跟踪间隔，操作安全和效率有影响。
根据“城市轨道交通设备技术规范”，通信系统的单向单向传输延迟不超过150毫秒的概率不低于98％，不超过2秒的概率为不低于99.92％。实际测量的新线路基于LTE-M通信，以模拟5M带宽中单信道CBTC业务端延迟。根据以下车辆跟踪间隔和最佳速度值，在没有通信延迟的理想情况下，列车跟踪间隔为33.06s，当延迟为200ms时，列车跟踪间隔为38.27s。采用5G技术，端到端延迟可以减少到不到1ms，这将进一步缩短运行间隔，使虚拟联合操作成为可能。此外，减少了通信延迟，这提高了系统的可靠性并提高了操作的安全性。
3.视频监控数据存储技术应用
对于大数据视频监控技术而言，其本身所具有的大容量、高并发的特点，为其在交通领域的广泛应用奠定了良好的基础。但是在这些特点的基础上，还要建立起视频监控存储系统，存储系统要从存储机制、存储标准、时间、空间等多个方面上满足这两个特点。这也就意味着，在建立视频监控存储系统的过程中，必须要将云存储核心技术和视频监控行业特性进行有机结合，从而让视频监控系统中的前端摄像机在录像时就产生相应的结构信息，再利用云存储技术对录像数据以及结构化数据进行保存。在这种监控方式下，有关人员就可以针对视频画面进行剥离和提取，利用剥离和提取出来的视频数据进行进一步的分析。
4.视频监控数据信息库的建设
对于5G视频监控技术而言，在实际应用的过程中，必须要建立起完善的视频图像信息库，以此为收集到的数据信息提供相应的存储平台。传统的视频数据库只能够提供简单的存储、点播等服务，但是视频监控数据信息库还具有自动生成信息索引、对关键字进行模糊查询、摘要和抽取视频中重点部分等功能。此外，将信息库和公安5G化实战应用平台相连接，还可以实现出警。比如，在很多落实5G交通城市的电子卡口和交通枢纽中都应用了视频图像信息库技术，从而对人口信息进行全面的普查，并且将相应的信息技术存储到信息库中，并且和公安机关的平台进行连接，从而及时发现一些重要的信息。以疑犯追踪为例，通过电子卡口和交通枢纽上的5G视频监控技术可以及时发现在网络上已经公布的犯罪分子外貌或者涉案车辆车牌。
结束语
5G通信技术的研究和应用对城市轨道交通建设的快速发展具有一定的积极作用。5G通信技术有望解决城市轨道交通通信系统应用中的一些问题，并提供更强大的功能和更灵活的应用，为优化城市轨道交通相关系统提供新思路。同时，5G通信技术可以提高系统效率，减少能源损失，进一步降低部分成本，实现国家节能减排，绿色通信，对后续城市轨道交通的设计，建设和运营具有重要的指导意义。
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论文作者:王绍昆
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/9/4
标签：通信论文; 轨道交通论文; 技术论文; 城市论文; 通信系统论文; 视频监控论文; 间隔论文; 《防护工程》2019年12期论文;