城市軌道交通中5G通信技術的運用探討

羅璧函 中國電子科技集團公司第三十四研究所

隨著我國經濟的快速發展，許多大中型城市正在緊鑼密鼓的建設城市軌道交通，緩解城市公共交通的壓力，提升人們出行的便捷性。與此同時如何提升乘客乘坐城市軌道交通體驗也應得到廣大管理者的關注。不僅涉及乘車安全、列車自動駕駛，全線路智能監測等領域，同時還涉及人們乘車時的移動智能終端數據的交互體驗。而這些服務與體驗都依靠大量的數據信息，才能確保列車在地下高速行駛的環境中信號保持連續性和通暢性。而日益成熟的5G 通信技術恰恰可以滿足城市軌道交通數據交互的低時延、大數據的要求。將5G 通信技術運用于城市軌道交通，為城市軌道交通加持上華麗的智能化外衣，提升城市軌道交通的智能性、安全性與舒適性。因此，本文詳細介紹了5G 通信技術的特點和發展狀況，并對其在城市軌道交通中的運用加以論述。具體如下所示。

一、5G通信技術的發展

（一）簡述

5G 通信技術為第五代移動通信技術（5th Generation Mobile Communication Technology，簡稱5G），具有高速率、低時延、高帶寬等特點，是互聯網時代人、機、物互聯的網絡基礎。現有通信模式已經無法滿足移動互聯流量爆炸式的增長，在許多人員密集的地方人們已經可以明顯感受到“網速下降”。5G技術不僅可以提高人員密集區域人們對移動數據的極致體驗需求，同時也可以面向工業控制、智能醫療、自動駕駛等行業對數據交互時延低、可靠性高的應用需求。而大量的快速數據交互是滿足智慧城市、智能出行等基本業務實現的前提。未來5G 應用場景將更加多樣化，5G 關鍵性能指標也更加多元化，為互聯網時代萬物互聯提供可靠的通信基礎。

（二）5G 通信的技術特點

5G 通信技術的應用使得萬物互聯的時代得以到來，它相對于4G 技術來說，得到了全質的提升。不僅體現在高性能、低時延方面，同時容量的大幅增加也是5G 通信技術的一大重要改善。并且我國的5G 通信可以在現有4G 基站的基礎上進行改造，降低了設備興建成本。如表1 所示，毫米波、新式天線、全雙工以及全新的網絡架構都使得5G 通信技術較以往無線通信技術有了巨大的提升。

表1 5G通信性能

（1）毫米波是未來移動通信發展的趨勢，其優點在于可使用帶寬充足，使用的天線尺寸小，天線增益高。（2）新式天線不僅提升了通信性能，同時也可以有效的降低智能終端的尺寸。相對于傳統的2D 天線陣列，3D 模式的新型天線陣列可以滿足多用戶信息波束智能通信，同時有效的降低了不同用戶信息交互過程中的串擾問題。3D 模式的天線陣列與毫米波技術配合使用，還可以改善毫米波信號覆蓋率的問題。（3）5G通信技術使用的小基站，能夠有效地拓展網絡接入方式，滿足用戶不同環境下對移動通信業務的不同需求。小基站有利于短途高質量通信，可以實現較快速率的數據傳輸，大大降低通信時延。同時還有利于降低設備通信過程中的功耗。興建小基站不僅有利于提升通信終端的使用體驗，同時也可以提升信息通信覆蓋率，提高通信頻譜的利用率。（4）全雙工是指信號可以同時收發，能夠突破傳統無線通信模式頻譜資源限制瓶頸，將頻譜資源進行更加靈活的使用，最大可以將空口頻譜的通信效率提升一倍。（5）新型的網絡架構借助基于處理集中化與無線電協作式以及云計算的接入新型網架構，可以有效降低信息串擾，降低智能終端的功耗，提高頻譜利用率，智能終端的動態組網也更加方便。5G 通信技術的特點確保了5G 通信技術的高性能指標，而高帶寬、低時延、高可靠性也恰恰滿足了城市軌道交通對通信業務的需求。

二、5G通信技術在城市軌道交通應用的重要意義

大多數軌道交通利用衛星進行數據交互，但是城市軌道交通多處于地下，衛星通信在地下信號容易出現波動，穩定性較差，甚至可能出現通信中斷的情況。因此衛星通信無法滿足城市軌道交通的需求。另外一種是有線通信方式，常用于城市軌道交通管理系統數據交互，可以確保信息傳遞的及時性和準確性，提升城市軌道交通信息傳遞能力。而5G 通信技術不僅可以用于城市軌道交通管理系統內部的數據業務，同時可以滿足乘車人員對移動業務的需求，確保在整個地下通道內城市軌道交通管理系統和乘車人員都可以得到高質量的無線通信服務。5G 通信技術的應用范圍正在不斷擴大，未來城市軌道交通作為一個重要的交通載體，可以與5G 通信技術展開更多的合作，構建一個以城市軌道交通為主體的公共交通物聯網。提升城市軌道交通運營效率的同時，實現實時萬物相連，利用無線通信技術提升城市公共交通服務能力，改善廣大市民的乘車體驗。

三、5G通信技術在城市軌道交通通信中的運用

隨著我國5G 通信技術的逐漸成熟以及大量成功應用，5G 通信技術在城市軌道交通中的運用也越來越多，大致可以分為列車運行、乘客出行、安防等方面。

（一）5G 通信技術在列車中的運用

（1）可視化語音通信。利用可視化語音通信可以實現地上調度中心對地下列車的可視化調度和管理。該技術對時延要求較高，而對帶寬需求相對較低。（2）中低速信息傳遞。列車運行的過程中，需要與控制中心進行運行數據、管理數據以及列車緊急文本信息交互。該交互過程中必須信息傳遞的時延低、帶寬充足，這樣才能確保列車的安全運行。（3）3D 可視化VR 行車環境，該技術實現了運行軌道的可視化和可控性。3D 可視化VR 實時傳輸的數據量較大，因此對網絡帶寬的要求較高。

（二）5G 通信技術在乘客出行過程中的運用

高品質的城市公共交通服務不僅需要為廣大乘客提供安全便捷的乘車體驗，同時還為乘客提供穩定快速的移動網絡。5G 通信技術在乘客出行的過程中，一方面滿足用戶通過智能終端訪問移動互聯網的需求，另一方面從網絡購票，車輛路線、到站信息實時查詢，再到智能安檢、無感刷卡乘車，到站提醒、換乘提醒，以及車站實時人流密度、車廂實時人流密度查詢等服務都不離開5G通信技術。將5G 通信技術與更多的城市軌道交通智慧終端以及軟件配合使用，可以分散城站、車廂人流，提升乘車體驗的同時，降低城市軌道交通服務壓力。

（三）5G 通信技術在城市軌道交通安防中的運用

安防工作在城市軌道交通中的重要性不言而喻，城市軌道交通是高密極、大客流的集中式公共交通服務體系。隨著5G通信技術的加持，全自動駕駛模式將會越來越多的服務于各大城市軌道交通。在此情況下，一旦出現緊急情況，就需要借助5G 通信技術實時接收到現場的情況，并由控制中心第一時間做出決策，將決策結果傳輸給車輛和各大安防管理系統，第一時間做出應急響應。

除此之外，超高清的視頻信息流也需要5G 通信技術的保障。超高清信息視頻信息不僅可以實時監控每一位乘車人員的動態，同時對于火災、地震、車輛異常、車站異常情況進行實時的監測，隨著安防傳感器的應用，數據量也在不斷攀升，5G 通信技術的低延時、高脈寬，可以同時快速、準確的傳遞每一個傳感器的信號，并第一時間控制自動滅火系統、自動煙霧排放系統等自動化安防設備工作。配合AR 智能分析軟件，自動化識別城市軌道交通中潛在的安防風險，第一時間發現問題并及時做出正確的決策。

四、結語

5G 技術在城市軌道交通中的應用，可以帶來巨大的經濟和社會效益。提升城市軌道交通的自動化、無人化、安全化服務能力。同時也大大改善了乘客的乘車體驗，使得軌道城市軌道交通無線通信變得更為無限。隨著更多智能終端的應用，以及5G 通信技術低時延、高帶寬等技術特點的保證之下，我國的城市軌道交通將會變得更加智慧化、便捷化。