摘要：现阶段，虽然无线通信系统现阶段已得到广泛应用，但受诸多因素的影响，其在城市轨道交通中的应用仍受到相应的限制。基于此，笔者展开以下探讨，以期为行业提供有效的参考与借鉴。
关键词：5G；无线通信技术；城市轨道交通；应用
一、对“5G通信技术”的基本认识
“5G”是对第五代移动通信技术（Fifth generation mobile com-munication technology）的简称，又被称之为“第五代移动电话行动通信标准”，是基于4G（第四代移动通信技术）上延伸的移动通信技术。作为新一代移动通信技术，5G通信具备了更高的要求，实现了众多先进技术的整合应用。
5G通信技术应用OFDM（正交频分复用技术）实现通信信号的叠加传输，为不同用户间的多路传输奠定良好基础，促进5G通信系统接入能力的提高；5G通过引入可拓展OFDM间隔参数配置，通过构建超密集组网，提升通信容量，实现多种部署模式下不同信道宽度的支持，在不增加控制系统复杂性的基础上，满足5G网络大规模设备连接要求；5G通过应用大规模天线阵列技术、全频谱接入技术，实现系统频谱效率提升，增强对各频谱资源处理能力，以满足5G网络大规模、高速率通信需求；5G系统引入绿色通信技术，实现信息与通信技术产业耗能的降低。
二、5G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改善网络性能、扩展网络功能，如高频段数据通信、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、密集网络、新型网络构架等技术。通过这些技术实现4G网络到5G网络的飞跃。相比较4G网络，5G网络系统在以下几个方面的性能将得到显著提升，如图1.1所示。
图1.1 4G与5G网络性能对比
5G还增加了D2D通信功能，是一种设备到设备的直接通信技术，可以减轻基站负担、减小通信时延，与蜂窝通信相比，D2D通信仅占一半的频谱资源。此外，距离较近的用户利用D2D通信可以减少传输功率、节约能耗。
另外，5G在安全性、可靠性等方面也提出了更高的要求。以上5G这些主要性能改善有助于提高城市轨道交通通信系统性能。
三、城市轨道交通 5G 应用
1.端到端通信
目前基于CBTC的列车控制系统，为了防止轨旁网络设备发生故障造成列车降级行驶或者停运，在列车运行线路设计了A、B相互独立的车地通信网络，互为冗余进行通信。但这样需要在轨旁增设大量的通信设施，提高了建设成本，延长了施工周期，也增加了后期运行维护的难度，不利于老旧线路改造。
5G通信引入了端到端（D2D）通信技术，设备之间数据通信不需要基站的中转。D2D通信技术可作为另一种冗余通信方式，在轨旁网络故障情况下，可以使列车与列车之间直接通信，相互汇报各自的位置信息及运行状态信息，从而在保证安全的前提下，不降级继续安全运营。D2D通信技术使列车与列车之间通信时延可以进一步降低，从而进一步减少列车运行间隔，在提高运行效率的同时，也增加了通信的可靠性。
另外，D2D通信技术将支持自组织网络及多跳技术，即终端接入设备可以作为网络中继，为其他设备提供通信链路，使得整个网络不会因为个别位置信号弱或受到干扰，或者基站故障而导致无法通信，从而使整个网络更加健壮。此技术能够进一步提升通信网络的可靠性。D2D通信技术为列车首尾通信提供新的途径。以往列车车首和车尾的车载控制器之间需要铺设首尾贯通线进行通信，增加了老旧线路车辆的改造难度。D2D技术可以通过无线的方式，使首尾两端的车载控制器直接通信，而不必经过车地网络，更不用铺设首尾贯通线进行通信，在降低施工改造周期的同时，也为车辆后期维护提供了方便。
2.绿色通信
随着通信技术的发展，用于通信的能量损耗问题日趋严重，国内外在通信节能减排方面都设立了不同的指标要求。城市轨道交通领域响应国家政策，积极优化网络，降低能量损耗。
5G通过从网络架构、网络部署、资源调度、链路级技术等方面进行优化，提高系统运行效率，减少传输中的能量损耗，达到提高能量效率和成本效率目标，为实现节能减排、绿色通信提供了技术基础，对于城市轨道交通未来建设和运营具有一定的吸引力。
3.数字集群在城市轨道交通中的应用
在城市轨道交通中，为了促使其相应信息传输较为可靠有序，往往还需要重点围绕着相应数字集群技术进行有效探索，确保其相应城市轨道交通体系能够运行更为流畅高效。结合这种数字集群技术手段的落实应用而言，其作为一种标准的开放性系统，能够在信息通信方面表现出较为理想的作用价值优势，对于城市轨道系统的协调和管理能够形成较强的价值效果，如此也就能够较好适合于当前越来越繁杂的城市轨道交通体系，促使其整体运行能够较
为流畅高效。这种数字集群技术的运用还能够对于以往比较容易出现的碰撞或者是摩擦问题形成较强规避优化效果，保障整体运行环境的可靠性。
4.低延时，高可靠
追踪间隔保证列车以一定的时间间隔在线路上互不干扰地运行，不仅是衡量列车运行控制系统性能的关键指标之一，也是保证运营效率的重要参考。无线通信是CBTC系统实现较小追踪间隔的基础，而通信延迟是无线通信过程中普遍存在的问题，会造成车载和地面设备对信息使用不同步，可靠性降低，对列车追踪间隔、运行安全和效率产生影响。
按照《城市轨道交通装备技术规范》，要求通信系统单路单向传输时延不超过150 ms的概率不小于98%，不超过2 s的概率不小于99.92%。实际测得新建线路基于LTE-M网络模拟单路CBTC业务在5M带宽下端到端时延情况如表3.1所示。
表3.1 LTE-M网络端到端时延
根据不同通信时延下列车追踪间隔和最优速度值可知，在没有通信延时的理想情况下，列车追踪间隔为33.06 s，当延时为200 ms时，列车追踪间隔为38.27 s。
应用5G技术，可将端到端的延时降低至1 ms以内，这将使运行间隔进一步缩短，使得虚拟联挂、编组运行成为可能。另外，通信延时减小，可增加系统的可靠性，提高运行安全。
结语：
纵观城市轨道交通的发展潮流，无线通信技术的发展方向逐渐趋于多功能化、高宽带化以及智能化，从我国的城市轨道交通的实际发展出发来看，其发展必须基于无线通信新技术的发展，所以，研究人员应当对着力于研发功能更加完善、更适合我国国情的无线通信技术，在目前现有的通信平台基础上，节省资源、简化设备，力求用最低的成本获得最高的收益，以助力我国经济的更快速发展。
参考文献：
[1]陈浩.5G无线通信技术在城市轨道交通中的应用[J].低碳世界，2018（23）
[2]邓敏.无线通信技术在轨道交通列控系统中的应用[J].中国新通信，2013（15）
[3]欧家宝.5G技术在轨道交通内的应用分析[J].南方农机，2018（12）
论文作者:钟永标
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
标签：通信论文; 轨道交通论文; 通信技术论文; 列车论文; 网络论文; 技术论文; 城市论文; 《基层建设》2019年第14期论文;