5G通信技术在城市轨道交通中的应用 刘凯

发表时间：2019-07-03T11:19:11.207Z 来源：《基层建设》2019年第10期 作者： 刘凯

[导读] 摘要：当前移动通信技术逐渐融入到了我们生活，为我们的日常生活带来了诸多便利，现代城市随着人口的大量增加，大多面临着交通拥堵问题，城市交通运输量也随之迅速增加。

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摘要：当前移动通信技术逐渐融入到了我们生活，为我们的日常生活带来了诸多便利，现代城市随着人口的大量增加，大多面临着交通拥堵问题，城市交通运输量也随之迅速增加。本文就城市轨道交通中通信技术的应用做出了简单地阐述，以供研究探讨。 关键词：5G通信技术；城市轨道交通；分析 引言：

4G通信技术的高速发展与普及应用，推动了城市轨道交通通信系统的创新发展，实现了LTE车地无线通信传输系统的构建，有效提升了通信覆盖范围、信息传播速率、信息传输抗干扰能力，为城市轨道交通管理与服务带来便利。但在测试与实践应用中发现，基于4G通信技术应用下的LTE系统，其综合承载能力存在一定限制，在信息传输与处理上有待进一步完善。而5G通信技术的研发与应用，为城市轨道交通的创新发展提供了新动力。对此，有必要加强5G通信技术及其在城市轨道交通中应用的研究。 一、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通信关键技术

5G网络能够适应五大应用场景：（1）超高速的场景，如高速移动的列车需要传输自身的状态信息至控制中心以保证自身的运行正常（2）支持大规模的人群，在人口密集的地铁中，上万人同时参与的事件中，也能够流畅地进行对外通信；（3）随时随地的最佳体验，在鲜有人居住的环境中也能够使用网络交流；（4）超可靠的实时连接，即使移动到覆盖面边缘的地方也能连接到网络；（5）无处不在的物物通信，能够实现物品与物品之间的相互通信，即实现大规模的物联网。

未来5G网络的构架将从传统的移动蜂窝方式转向分布式的异构的新型通信方式，网络种类繁多，而D2D通信作为一种短距离通信，能够实现数据在终端间的直接传输，可以对蜂窝通信起到必不可少的支撑和补充作用。D2D通信也为实现大幅度的无线数据流量增长、降低功耗、增强实时性和可靠性提供了条件。

大规模MIMO技术是MIMO技术的扩展和延伸，其基本特征是在基站侧配置的大规模天线阵列，其中基站天线的数量比每个信令资源的设备数量大得多，利用空分多址原理，同时服务多个用户，可以显著提高频谱效率和能量效率。绿色通信则是在达到上述技术的条件下所要努力追求的最高目标。统计结果表明，信息和通信技术产业占全球能源消耗的10%，而在无线网络中，基站的能源消耗占网络全部能耗的50%以上，因此节约能耗的绿色通信也是5G的重要研究方向。 三、城市轨道交通5G的应用 1. 高速通信

5G一方面采用多种技术增加了频谱效率，在原有的带宽下提供更高的通信速率，另一方面采用更高的频段能够缓解频谱资源紧张的现况，实现极高速、短距离通信。综合多种技术改进，5G网络将频谱效率较4G网络提高了5～10倍，按照现有测试的速率，可以将目前上行平均通信速率提高到18.5～37 Mbit/s，下行通信速率提高到42～84 Mbit/s。这样不仅单网可以综合承载现有的所有业务，还可以增加多路高清视频，以及满足更多业务的需求，既简化了新线网络设计的复杂度，同时也降低了维护的难度。 2. 海量用户超密集组网

随着5G网络通信带宽大幅提高，5G网络可以承载更多的业务，同时允许大量无线设备组网通信。现有车载、地面有线连接组网的设备，部分可以改为无线组网方式，从而减少大量的布线，同时设备可以灵活地分布放置，从而降低需较大空间集中放置设备的需求，另外也便于设备的安装和维护。5G技术将支持海量终端接入，同时根据终端的特点提供不同的带宽、优先级、安全认证方式等，这为5G更加广泛应用提供了技术基础。 3. 端到端通信

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。

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。 4. 绿色通信

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。 5. 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 结束语： 综上所述，5G网络技术研究及应用，对于正在快速发展的城市轨道交通建设具有一定的积极作用。5G网络技术有望解决现在困扰城市轨道交通通信系统应用中的一些问题，而且提供了更强大的功能、更灵活的应用，为优化城市轨道交通相关系统提供了新的思路。 参考文献： [1]5G与4G网络的对比分析综述[J].肖育苗，吕亚莉.中国新通信.2017（11） [2]全球智能交通与5G通信研究进展[J].盛彬，郑福春，尤肖虎.国际学术动态.2017（02） [3]5G技术在轨道交通内的应用探讨[A].胡昌桂.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