5G 通信技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用分析

李岷潞

（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550000）

0 引 言

新時代的快速發(fā)展，離不開先進的技術(shù)支持，尤其是通信技術(shù)的升級與發(fā)展，是社會邁向現(xiàn)代化、信息化以及數(shù)字化的重要保障。5G 通信技術(shù)的概念提出與實踐應(yīng)用已經(jīng)有了一定的研究基礎(chǔ)，并且隨著5G 通信技術(shù)的不斷成熟，應(yīng)用的范圍與領(lǐng)域不斷擴大。其中，在城市軌道交通中的有效應(yīng)用是5G 通信技術(shù)不斷拓寬范圍、加深應(yīng)用的集中體現(xiàn)。5G 對于社會生產(chǎn)生活的助力作用、促進作用顯而易見。5G通信技術(shù)為了在城市軌道交通應(yīng)用中發(fā)揮出積極作用，就需要結(jié)合城市軌道交通的應(yīng)用需求來科學(xué)布局、有效應(yīng)用，并采取有效的方法與管理手段來強化應(yīng)用落實。

1 5G 通信技術(shù)概述

5G 通信技術(shù)屬于無線通信技術(shù)的一種，也是聯(lián)接力的一個典型代表。從宏觀來看，它起到幫助數(shù)據(jù)流動的作用，并且隨著通信技術(shù)的不斷提升，通信基礎(chǔ)設(shè)施的廣泛覆蓋，5G 通信技術(shù)在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。5G 通信相較于以往的4G 通信、3G通信能力更強、信號更敏銳、覆蓋范圍更廣的根本原因在于，5G 在連接速率、系統(tǒng)容量、連接數(shù)量、時延及能效等方面有大幅提升。

5G帶來的連接能力，使得云和端的連接更加緊密，加強了數(shù)據(jù)和算力資源的流動。當(dāng)前，5G 通信的覆蓋范圍越來越廣泛，特別是在一些大型城市中，已經(jīng)實現(xiàn)了廣泛覆蓋與應(yīng)用[1]。但從整體來看，5G 通信在具體的使用過程中存在著一定程度上的不穩(wěn)定、不連續(xù)性問題，其自動修復(fù)能力、信息數(shù)據(jù)信號的傳輸穩(wěn)定性有待進一步增強。同時，基礎(chǔ)設(shè)施投入不足、管理不到位、人為因素等都不利于5G 通信的高質(zhì)量運用。

5G 國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)重點滿足靈活多樣的物聯(lián)網(wǎng)需要。在正交頻分多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）和多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）基礎(chǔ)技術(shù)上，5G 為支持3 大應(yīng)用場景，采用了靈活的全新系統(tǒng)設(shè)計。在頻段方面，與4G支持中低頻不同，考慮中低頻資源有限，5G 同時支持中低頻和高頻頻段。其中，5G 的中低頻能夠很好地滿足覆蓋和容量需求。

5G 通信技術(shù)針對中低頻和高頻設(shè)計了統(tǒng)一的技術(shù)方案，并支持百兆赫茲的基礎(chǔ)帶寬。為了支持高速率傳輸和更優(yōu)覆蓋，采用低密度奇偶校驗（Low Density Parity Check，LDPC）、Polar新型信道編碼方案、性能更強的大規(guī)模天線技術(shù)等；為了支持5G的低時延、高可靠，采用短幀、快速反饋、多層多站數(shù)據(jù)重傳等技術(shù)。

目前，5G 通信數(shù)據(jù)傳輸中所暴露出來的問題，如5G并未突破通信基礎(chǔ)理論的限制，能夠干預(yù)和解決。但是，解決過程必須結(jié)合具體的情況，具有針對性地提升數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性。

2 城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

城市軌道交通的建設(shè)可以緩解日益加劇的交通壓力，特殊的地下運行方式突破了地面交通的局限性。因此，軌道交通迎來了全新的發(fā)展時期，無論是運輸能力，還是運輸效率，軌道交通都能很好體現(xiàn)出其優(yōu)勢性與獨特性，成為大型城市重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施之一。隨著城鎮(zhèn)化進程的不斷加速，城市規(guī)模不斷擴大，特別是一些大城市、特大城市的人口規(guī)模不斷擴大，對城市的發(fā)展規(guī)劃與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。交通問題正逐步成為城市發(fā)展中的典型性問題[2]。

在這種背景下，各城市紛紛加大了對城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的投入與建設(shè)。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，截至2021年，我國的城市軌道交通里程已經(jīng)達到8 708 km，城市軌道交通車站5 216 座，城市軌道交通運量已經(jīng)達到237.1 億次，并且仍保持快速增長的趨勢。城市軌道交通的投入很好地滿足了城市的可持續(xù)發(fā)展需求，使得人們的出行更加便捷、安全、經(jīng)濟，尤其對于一些“上班族”而言，城市軌道交通是最為理想的選擇，不僅速度快，而且安全性高，相較于其他交通形式而言，城市軌道交通更有利于用戶對時間的掌握。

在城市化進程不斷加速的當(dāng)下，部分城市的軌道交通正在規(guī)劃中，另一部分城市的軌道交通正在持續(xù)擴建中。以廣東省為例，其廣州市、深圳市先后建成了城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)，并且輻射范圍在不斷延伸，廣州市至佛山市、深圳市至東莞市等正逐步形成一個龐大的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)。在這種背景下，城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)很好地帶動了地方經(jīng)濟的發(fā)展，城市軌道交通的規(guī)劃、建設(shè)、投入以及運營創(chuàng)造了大量的就業(yè)崗位，并且形成了新的產(chǎn)業(yè)鏈、經(jīng)濟鏈，在促進地方發(fā)展的同時，進一步提升了地方的整體形象與核心競爭力。

3 城市軌道交通中5G 通信技術(shù)應(yīng)用需求

城市軌道交通作為一種成熟的交通形式，當(dāng)前在各大城市中的布局與應(yīng)用越來越完善。通信技術(shù)的有效應(yīng)用，使得城市軌道交通在性能上表現(xiàn)得更加出色。隨著5G 通信技術(shù)的問世與應(yīng)用的深入，城市軌道交通利用通信技術(shù)提升城市軌道交通的運行能力與安全性已經(jīng)成為必然。城市軌道交通系統(tǒng)復(fù)雜，不僅有著高性能的硬件配置，而且在軟件系統(tǒng)上更是十分復(fù)雜，尤其是一些信息化系統(tǒng)，將會直接影響城市軌道交通的各項功能。其中，廣播系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及中控系統(tǒng)等，都需要通信技術(shù)的支持。

城市軌道交通中對于5G 通信技術(shù)的應(yīng)用需求十分廣泛，例如最常見的通信系統(tǒng)，無論是城市軌道交通運行本身，還是乘客的通信需求、網(wǎng)絡(luò)需求，都信賴于通信技術(shù)，而5G 通信技術(shù)的應(yīng)用，將會更進一步的提升通信系統(tǒng)的能力[3]。例如，廣播系統(tǒng)的通信需求，離不開通信技術(shù)的大力支持。

4 5G 通信技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用優(yōu)勢

5G 通信技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用范圍、應(yīng)用需求、應(yīng)用作用都十分顯著[4]。這是因為相較于4G 通信技術(shù)形式而言，5G 通信技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用優(yōu)勢更加顯著，主要表現(xiàn)在3 個方面。

（1）具有強大的智能運維優(yōu)勢。應(yīng)用5G通信技術(shù)，能夠使城市軌道交通中的各個站臺、軌道交通的設(shè)備主體以及相關(guān)的設(shè)施設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)信息互通互聯(lián)，數(shù)據(jù)的及時共享，監(jiān)控影像的及時傳輸，并綜合這些信息與數(shù)據(jù)進行快速的響應(yīng)，對故障問題進行及時處理，能夠及時發(fā)現(xiàn)隱患，識別問題，并進行針對性的干預(yù)和處理，提升設(shè)備的可靠性和可維護性。

（2）具有強大的安全應(yīng)用優(yōu)勢。在這個龐大的系統(tǒng)中，每一個零部件，每一個環(huán)節(jié)，都是環(huán)環(huán)相扣的關(guān)系，而不同的系統(tǒng)因系統(tǒng)構(gòu)成不同、功能不同，導(dǎo)致在運行要求與運行特點方面也存在不同。但無一例外的是，不同的系統(tǒng)在運行過程中都有出現(xiàn)故障的可能。這些故障的出現(xiàn)將會影響城市軌道交通的有序運行，甚至?xí)?dǎo)致一定的安全隱患。例如，一些通信故障問題導(dǎo)致了數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)異常，從而影響了城市軌道交通的運行穩(wěn)定性以及乘客的體驗感。通過5G通信技術(shù)，可以對軌道交通設(shè)備進行遠程監(jiān)視和管理，實現(xiàn)即時應(yīng)對，落實安全防范措施，提高安全系數(shù)。

（3）可以實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。在當(dāng)前的時代背景下，不僅軌道交通自身的運行需要強大的網(wǎng)絡(luò)支持，乘客出行過程中也需要應(yīng)用無線網(wǎng)絡(luò)。在傳統(tǒng)的4G 通信技術(shù)下，無線網(wǎng)絡(luò)往往會出現(xiàn)不穩(wěn)定、不及時的現(xiàn)象，而5G 通信技術(shù)的應(yīng)用，在城市軌道交通中所呈現(xiàn)出來的強大優(yōu)勢是可以提供更高質(zhì)量、更高穩(wěn)定性的無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，為乘客提供更舒適、更便利的通信服務(wù)，同時加快列車系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)流速，提升數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量[5]。

5 5G 通信技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用措施

5.1 優(yōu)化城市軌道交通運營

城市軌道交通本身是一個龐大的系統(tǒng)，正是由于各個系統(tǒng)的作用發(fā)揮，才使得城市軌道交通的性能日益出色，在保障運行安全的同時，改善用戶體驗感，保證效率。通過5G 無線接入技術(shù)、通信傳輸技術(shù)增強城市軌道交通的運行與管理能力，實現(xiàn)智慧化管理與監(jiān)控，能夠更好地體現(xiàn)城市軌道交通調(diào)度的科學(xué)性以及運營的精細化管理。

5.2 提升物聯(lián)通信能力

無論是系統(tǒng)的監(jiān)控還是管理，其本質(zhì)都是通過通信技術(shù)來實現(xiàn)的。所以，5G 通信技術(shù)在城市軌道交通的具體應(yīng)用體現(xiàn)在物聯(lián)通信能力，通過應(yīng)用5G實現(xiàn)無人售票、自動化管理，通過App 小程序自主查詢交通信息，了解車廂的人流情況。實時發(fā)布相關(guān)的注意事項通知，做好疏散、管理以及安保工作。尤其在商業(yè)化時代背景下，利用5G 通信技術(shù)強大的數(shù)據(jù)傳輸能力，聯(lián)合更多商業(yè)團體來實現(xiàn)城市軌道交通廣告運營新模式。例如，在車廂內(nèi)投放廣告，實現(xiàn)商業(yè)精準(zhǔn)營銷，改善客戶觀感體驗，提升溢價能力。

5.3 完善5G 通信技術(shù)能力

5G 通信本身就是先進技術(shù)多元化運用的集中體現(xiàn)，在5G 通信的支持下，城市軌道交通的運行和管理效率與質(zhì)量更有保障。要確保5G 通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝省⒎€(wěn)定性以及高可靠性目標(biāo)實現(xiàn)，除通信技術(shù)本身及對數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)規(guī)范統(tǒng)一以外，還要強化其他技術(shù)形式的先進性應(yīng)用，這也是不斷提升城市軌道交通運力、發(fā)展城市軌道交通的重要前提。因此，為了進一步改善5G 通信體驗，強化先進技術(shù)的全面應(yīng)用至關(guān)重要，包括頻譜拓展先進技術(shù)、全覆蓋技術(shù)等。通過將5G 通信技術(shù)與更多先進技術(shù)形式的深度整合，構(gòu)建更科學(xué)的5G 通信基礎(chǔ)架構(gòu)，提升5G 通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴⒖煽啃浴?/p>

6 結(jié) 論

隨著我國通信技術(shù)水平的不斷提高，以及人們對于高質(zhì)量交通出行的現(xiàn)實要求，需不斷強化5G 通信技術(shù)的可靠性，強化5G 通信技術(shù)在城市軌道交通中的有效應(yīng)用，從而更好地保障人們出行安全，提升城市軌道交通的運行能力，促進城市發(fā)展與進步。