轨道交通5G技术应用场景探讨论文_赵永建

摘要：5G牌照的发放，推动着各垂直行业的技术更新换代，轨道交通在5G通信技术发展的浪潮中进行技术应用升级。5G开启万物互联，智能引领垂直行业技术变革，日益成为驱动轨道交通技术应用创新的关键力量。本文以5G的三大技术场景，探讨轨道交通内应用，需要解决轨道交通系统中存在的一些关键问题和面临的挑战，引领轨道交通在5G通信技术下的应用创新。

关键词：5G技术；应用场景；关键问题；挑战

引言

2019年的6月6日，5G牌照正式发放。同年11月1日电信运营商推出5G商用套餐意味着5G由此进入正式商用阶段，表明运营商第一步的5G网络建设基本到位。5G网络的普及能够为人们的日常生活和工作等提供方便，让人们在家里就可以随时对地了解各种各样的资讯内容。因此，5G通信技术不仅可以引领轨道交通行业的技术革新，同时还可以保障列车在行驶过程中的稳定性和安全性等。第五代移动通信技术（5G）在城市轨道交通中如何才能有效地发挥相应价值和作用，是目前轨道交通所面临的一个重要问题。本文就城市轨道交通在5G通信技术的应用场景进行论述。

1 5G技术优势

第五代移动通信技术（5G）的产生，引领垂直行业的技术更新换代。与目前的应用4G网络相比，5G是4G/3G/2G系统后的延伸，5G通信技术的特征是大带宽、大规模连接和超低时延高可靠。

5G通信技术优势是数据传输速率远远高于以前的蜂窝网络，高达10Gbit/s，比现有的有线Internet要快，比第四代4G蜂窝网络快100倍。另一个优点是超低时延高可靠，小于1ms，而4G为30-70ms。由于数据传输更快，5G网络将不但为手机提供通信服务，而且将成为普通家庭和办公网络供应商，与有线网络供应商展开竞争。5G技术特点如下：

1）高清视频和虚拟现实等大型数据量传输的峰值速率必须达到Gbit/s的标准以上，理论上可达4G的100倍。

2）无人驾驶和远程医疗等实时应用，空中接口时延需在1ms以下才能满足。

3）低功耗超大连接，连接密度超过100 万/KM²，以满足IOT通信。

4）相对于4G网络，5G网络将频谱效率提升3至5倍。

5）连续广域覆盖和高移动性，用户体验速率从10Mbps提升到100Mbps~1Gbps。

6）连接数密度、流量密度大幅度提升。

7）多用户、多天线、多点、多摄取协作网络以及不同网络之间的灵活和自动调整，提升了系统协同化和智能化水平。

综上所述，5G通信技术相对于4G来说，性能指标提升了一个台阶。5G通信技术三大技术场景（如图1所示）：大带宽、大规模连接和超低时延高可靠的特性，非常适合轨道交通内的实际应用场景。

图1 5G通信技术三大技术场景

2 轨道交通5G应用场景分析

通过5G通信技术三大技术场景，结合轨道交通实际应用来全面考虑，主要包括超高清视频等大带宽的业务需求、轨道交通设施的大规模通信连接的业务需求和无人驾驶业务等超低时延高可靠的业务需求。主要包括四种业务：①面向列车运行类；②面向运营维护类；③面向用户服务类；④面向安全应急类。如图2所示。

图2 轨道交通5G应用场景

2.1 面向列车运行类

第五代移动通信技术（5G）在轨道交通的应用场景中，其中面向列车运行类业务应包括：

1）窄带/宽带可视化语音通信：实现车地广播通信和语音调度通信等。

2）安全可靠的中低速数据：①列车运行控制系统数据；②列车控制管理数据；③文本在紧急情况下的数据。为了保障列车的行驶安全，优先对时延要求高且需对数据带宽进行保障。

3）超高清视频流：上行数据是列车视频监控图像，下行数据是流媒体播放。

4）3D可视化行车环境虚拟现实：可视化、可控的列车运行轨迹。

2.2 面向运营维护类

采集层：通过物联网技术，利用电传感、声波传感、光纤传感、图像传感等对固定数据、巡检车辆数据和运营列车在线数据进行采集。如图3所示。

接入层及应用层：通过5G网络接入技术，把采集到的数据回传给轨道维护人员，智能化风险诊断和预测性维护，提高整个轨道交通系统的维护效率，增强系统的安全性。

图3 面向运营维护类应用

2.3 面向用户服务类

轨道交通行业的发展方向主要是智能化出行，为乘客提供出行指引。乘客通过5G网络接入，可以实时网络购票、列车信息查询、站内导航、出行规划、刷脸支付、遗留物管理等。智能化出行不但提升了轨道交通的服务水平而且增加了乘客的满意度。如图4所示。

2.4 面向安全应急类

基于5G的无线化灵活部署，对人流、信息流进行全程追踪与关联分析，实现对轨道交通的各类风险自动识别、预警、预防和减少社会治安案件的发生，提高社会治安立体防控体系的服务效能。通过5G技术采集数据，现场情况实时直播和动态指挥调度，提高应急防灾响应速度和事件的处置速度。如图5所示。

图4 面向用户服务类应用

图5 面向安全应急类应用

3 需解决的关键问题

轨道交通与通信运营商在5G技术应用有着共同点，也有其自身的特点。推动轨道交通在5G技术下的应急响应和技术储备，需解决以下几个关键技术问题。

3.1 覆盖方式

轨道交通的漏缆，现阶段暂不支持5G频段，轨道交通的无线覆盖方式选择需考虑应用场景的频率。首先，无线场强覆盖选择波导管覆盖，可以保证5G技术应用的可靠性和安全性；其次，选择天线覆盖方式可以节约投资成本。

3.2 接口标准化

在制定轨道交通各类业务与5G系统接口的相关标准时，传输网络接口标准也要一并考虑。

3.3 网络兼容性

在与LTE系统、数字集群通信系统和无线局域网系统之间互联互通的时候，需要考虑5G与现有网络的兼容性和匹配性，才能提高网络资源的利用率。

4 轨道交通管理和运营所面临的挑战

目前，5G通信技术的三大场景技术非常适合解决轨道交通目前所面临的挑战。

4.1 系统复杂

每个系统有众多子系统，型号、制式繁杂、数量庞大，每条线路可达十万、百万级规模。

4.2 节点分散

轨道交通线路区间长，难以实施监控及保障，整个线网体量巨大，综合管控的难度越来越大。

4.3 节能环保

随着轨道交通规模的不断扩大以及各种机电系统的迅速发展，能耗逐渐增加，智能环保的管理方式十分必要。

4.4 运维人员缺乏

城市轨道交通运维人员需求量急剧增加，专业人才培养困难，短时间无法满足需求，一味增加运维人数延长劳动时间不再适合。

4.5 管理集成化

各种机电系统，如风、水、电系统、门、梯系统有各自管理要求，占用大量运维资源，系统主动智能化自检自查十分必要。

5 结束语

5G通信技术的商用，将驱动轨道交通技术应用的升级换代。轨道交通在5G技术的基础上搭建统一的无线传输通道，利用云与大数据技术实现统一存储和分析、同时引入图像分析和人工智能等先进技术，聚焦轨道交通运营管理和乘客出行体验改善的需求。新技术全面布局轨道交通运营生产、乘客服务各个环节的场景，探索轨道交通行业创新技术应用。

参考文献：

[1]胡昌桂；5G技术在轨道交通内的应用探讨[A]；2017中国城市轨道交通关键技术论坛暨第26届地铁学术交流会论文集[C]；2017年

[2]江波，段俊，王津升，匡奇方.5G通信技术在城市轨道交通中的应用探讨[J].现代城市轨道交通，2018（12）：6-9.

论文作者:赵永建

论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期

论文发表时间:2020/1/16

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