淺談高速鐵路通信系統在5G環境下的應用

王凱

摘 要：隨著鐵路高速化、智能化的發展和不斷進步，鐵路的移動通信系統面對著新的發展要求。第五代移動通信技術（5G）擁有傳輸速率高、大帶寬、低時延、大規模連接設備的優勢。該技術能進一步提高現有的鐵路通信和運行狀況，對保障列車運行智能性和安全性具有十分重要的作用。5G移動通信技術在鐵路行業中的應用成為鐵路無線通信發展的方向，文章就高速鐵路通信系統在5G環境下的應用進行分析探討。

關鍵詞：高速鐵路;通信系統;5G環境

引言

高速鐵路通信系統的構建是影響高鐵運營質量的重要工作，在5G網絡推廣普及的情況下，高速鐵路通信系統的建設擁有了較為理想的基礎條件。5G技術的應用可以使高速鐵路通信系統得到進一步優化，因此，在當前高速鐵路發展速度較快的情況下，加強對5G環境的研究分析，并制定高速鐵路通信系統的優化使用策略，是很多高速鐵路專業人員重點關注的問題。

1 5G 移動通信技術

5G通信技術主要是指第五代移動通信技術，屬于一種延續4G通信技術優勢及特點的技術內容[1]。5G通信技術在應用方面攻克了4G通信技術的不足，具體表現在兩個方面。（1）5G通信技術主動結合物聯網技術優勢，在拓寬數據傳輸范圍方面取得了突飛猛進的發展。相較于4G技術而言，5G通信技術傳輸速度得到了進一步加強。即便處于不穩定的運行狀態下，信息傳送量也可以達到常規狀態，解決以往4G技術運輸不穩定問題。（2）5G通信技術解決了以往移動網絡基站覆蓋面不足的問題。正式傳輸過程中，5G通信技術打破了傳統覆蓋范圍的局限問題，即便不在基站覆蓋范圍當中，也可以實現數據傳輸過程。可以說，5G通信技術的出現與應用，無疑彌補了4G通信技術的不足，為未來社會生產的進一步發展提供內在驅動力。

2 我國高鐵通信系統

高速鐵路是當前中國非常重要的交通基礎設施，在我國客運與貨運上承擔著重要的分量，我國的高速鐵路在世界上屬于先進水平，具有完善的高鐵技術體系。而高速鐵路通信系統又在整個高速鐵路運輸過程中扮演著不可或缺的角色，承擔著確保高速鐵路列車行駛安全及保障高速鐵路列車運輸與管理工作順利展開的重任。但隨著通信技術的不斷發展，現在已有的鐵路專用通信技術已經無法滿足高速鐵路通信的高速數據傳輸的要求， 主要包括高速列車運行速度快，使高鐵通信系統產生頻偏，讓沿線的各類基站信號接收不穩定;各通信系統樞紐站的距離相對較遠，使得各個站點需要服務的范圍太廣;高速鐵路的旅客較多，增加了網絡的使用量和基站負荷，導致移動信號下降;高鐵速度太快，移動通信網絡需要不斷切換， 會導致掉線、切換失敗或緩慢等問題[1]。

3 高速鐵路通信系統在 5G環境下的應用

3.1 提高乘客用網質量

高速鐵路在進行智能管控系統建設過程中，務必加強對移動網絡化相關狀況的研究，尤其要對在線視頻觀看的頻率進行詳細考察，以便可以在制定5G環境下移動設備配置方案的過程中，實現對在線視頻觀看時長的合理掌握，并保證移動視頻得到更高質量的普及。乘客用網質量的創新還需要加強對移動視頻清晰度的重視，尤其要對4K超清視頻的實際應用需求進行調查，使5G技術的突出應用優勢可以得到明確，進而滿足寬帶穩定性的維護需求，并保證乘客的用網質量可以得到更高水平的維護。在進行5G通信系統建設過程中，要加強對4K超清移動視頻所需技術支持的研究，尤其要對超高清視頻的技術需求加以總結，并保證監控和通話等基本需求得到滿足，為乘客用網質量的改進提供必要支持。

3.2 網絡化行車控制

5G技術擁有高帶寬，能實現毫秒（ms）級端到端時延，可以支持500km/h以上的超高移動性速率，因此能夠穩定、可靠地實現各類車載設備間和車地設備間的通信，可以實時監控列車運行，實現自動化調度和主動安全控制功能;實時監測列車及行車線路狀態，將路軌狀況、列車狀況等上傳到數據庫，再通過實時分析，對可能出現的故障進行檢測及預判，提出合理的解決方案，從而減小了列車運行中的故障率，保障了列車的運行安全。這也為未來實現無人駕駛、遠程駕駛或者增強現實（AR）智能駕駛技術，打造下一代自動駕駛系統等智能鐵路的行車控制系統提供了可能。

3.3 智能管控

具備高傳輸特點的5G通信系統在一定程度上可以為列車運行過程提供實時監控保證。通過運用高速鐵路列車自帶的檢測設備，可以實現對高鐵列車路軌情況的全面監督與管理，并且可以及時將列車運行過程中涉及的數據內容上傳到本地數據庫當中。操作人員通過調控系統數據內容，可以針對系統運行過程中存在的故障問題進行精準檢測[2]。操作人員可以根據具體問題制定科學、合理的解決措施，以期可以減少高鐵列車運行的質量問題。同時，5G通信系統基于可以實現毫秒級端到端時延的特點，基本上可以進一步強化設備的連接密度，確保列車運行過程安全無誤。

3.4 加快完善輔助式衛星定位系統

在針對高速鐵路進行衛星定位系統設計過程中，一定要對5G環境下的信號傳輸難點加以分析，并對高鐵列車沿線的地形地貌特征予以研究，使隧道和樹木等影響因素得到充分明確，保證高鐵列車的運營可以有效滿足5G通信環境下的信息傳導需要。要加強對衛星信號發射過程的關注，并對高鐵列車運行質量的影響因素進行全面總結，以便高層建筑物等因素對高速鐵路的影響可以得到明確認定，以此實現對5G通信系統的成熟應用[4]。高鐵列車還需要加強對5G網絡實際應用價值的總結，使衛星輔助數據可以得到進一步優化，確保高鐵具體的方位信息得到明確。

3.5 特殊環境

火車站是典型的客流密集場所，采用室內5G組網分布覆蓋，可以滿足旅客超高清移動視頻直播、視頻通話、視頻會議和視頻監控等需求，同時也為5G賦能智慧火車站提供了可能，進一步提升鐵路系統以及火車站的管理效率和服務品質。高鐵隧道。我國山區較多，隧道也較多，可采用特型天線，在短距離直線隧道前后采用天線進行覆蓋。一般情況下，可以在隧道中與隧道口安裝特型天線進行覆蓋，兩側不同區域覆蓋增加用戶信號。

3.6 提高開放性傳輸方式安全性

高鐵列車需要對5G環境下的通信系統建設情況進行詳細考察，并對開放性信息傳輸的優勢加以總結，在充分明確通信系統安全保障重要性的基礎上，實現對病毒和黑客等問題的管控，以此滿足外部入侵因素的規避需要，為通信系統安全性的高質量維護提供必要支持[3]。要對5G環境下高速鐵路通信系統的內部故障特征加以研究，并從網關設置的角度出發，制定上層信息安全控制方案，使非安全性信息可以獲得更高水平的攔截，并保證可以在鐵路系統網絡通信的突出價值得到明確的情況下，滿足網絡獨立性運行需要，為高鐵列車實現開放性信息傳輸提供必要支持。

4 結束語

5G系統憑借自身速率高、穩定性高、時延性低等特點，有效地促進了高速鐵路通信系統的全面發展。初步改善了高速鐵路通信系統穩定效果差、承載效果不佳以及易受周圍因素干擾等問題，促使列車運行過程的網絡連接效果、智能化運行效果不斷向安全性與穩定性方向發展。

參考文獻：

[1] 王增浩，楊麗花，等.5G-NR毫米波HSR上行多用戶系統中多普勒頻偏估計方法[J].南京郵電大學學報（自然科學版），2019，39（06）：28-34.

[2] 侯天宇，周杰，等.5G多天線城市降雨環境下的信道模型研究[J].電子測量技術，2020，43（02）：21-25.

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