5G移動(dòng)通信技術(shù)在城市軌道交通PIS系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

摘" 要：5G移動(dòng)通信技術(shù)屬于第五代移動(dòng)通信技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率較高，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸延遲問題的產(chǎn)生。基于此，首先介紹5G移動(dòng)通信技術(shù)定義[ 1]"與特點(diǎn)，其次明確5G移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，最后提出5G移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用注意事項(xiàng)。目的是對(duì)城市軌道交通PIS系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，解決信號(hào)干擾、故障頻發(fā)等問題，促使軌道交通逐漸呈現(xiàn)數(shù)字化方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：5G移動(dòng)通信技術(shù)" 城市軌道交通PIS系統(tǒng) "數(shù)據(jù)傳輸" 延時(shí)性

中圖分類號(hào)：U239.5;U285;TN929.5

Application Analysis of 5G Mobile Communication Technology in PIS System of Urban Rail Transit

SHAO Dan

Harbin Vocational College of Science and Technology， Harbin， Heilongjiang Province， 150300 China

Abstract： The 5G mobile communication technology belongs to the fifth "generation of mobile communication technology， and with the high data transmission "rate is high， thusto avoiding the problem of data transmission delay. Based on this， this paper first introduces the definition and characteristics of 5G mobile communication technology， then clarifies the application points of 5G mobile communication technology， and finally puts forward the precautions forthe matters needing attention in the application of 5G mobile communication technology. The purpose is to optimize the PIS system of urban rail transit， solve the problems such as signal interference and frequent failures， and promote the gradual development of rail transit towards digitalization in a digital direction.

Key Wwords： 5G mobile communication technology; PIS system of urban rail transit; Data transmission; Delay

城市軌道交通PIS系統(tǒng)（Production Identity System，PIS）也可以叫作乘客信息系統(tǒng)，主要包括車站通信子系統(tǒng)、車載通信子系統(tǒng)，并且城市軌道交通PIS系統(tǒng)在運(yùn)行期間，如果將IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)技術(shù)作為基礎(chǔ)，由于WLAN性能相對(duì)較低，尤其是安全性以及并發(fā)線程相對(duì)較少，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸存在延遲，極容易受到干擾，致使城市軌道交通PIS系統(tǒng)故障產(chǎn)生。為解決或消除城市軌道交通PIS系統(tǒng)故障[ 2]"，應(yīng)當(dāng)將5G移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用到其中，提升數(shù)據(jù)傳輸速率，減少信號(hào)干擾因素。對(duì)此，研究5G移動(dòng)通信技術(shù)在城市軌道交通PIS系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，具有十分重要的意義。

1" 5G移動(dòng)通信技術(shù)概述

1.1 "5G移動(dòng)通信技術(shù)含義

5G移動(dòng)通信技術(shù)作為最新移動(dòng)通信技術(shù)，頻譜與能源利用效率得到明顯提升，以此有效提升數(shù)據(jù)和信息傳輸效率^[1] 。同時(shí)，5G移動(dòng)通信技術(shù)可以有效解決數(shù)據(jù)傳輸延遲性問題，并且具有良好的可靠性，也是實(shí)現(xiàn)人機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施。

1.2 "5G移動(dòng)通信技術(shù)特點(diǎn)

1.2.1" 高傳輸[ 3]"

5G移動(dòng)通信技術(shù)的出現(xiàn)，不管是下載速度，還是下載質(zhì)量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于4G移動(dòng)通信技術(shù)，并且還可以與其他技術(shù)相互結(jié)合，解決數(shù)據(jù)傳輸延遲，提升數(shù)據(jù)傳輸速率，滿足人們對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信的需求。

1.2.2" 高利用率

5G移動(dòng)通信技術(shù)還具有高利用率的特點(diǎn)，主要是與其他技術(shù)進(jìn)行整合，應(yīng)用到不同行業(yè)領(lǐng)域中，滿足行業(yè)領(lǐng)域發(fā)展需求。從城市軌道交通系統(tǒng)的角度來說，通過利用5G移動(dòng)通信技術(shù)，可以有效系統(tǒng)設(shè)備之間的傳輸效率，以此提升數(shù)據(jù)和信息的利用效率。

1.2.3" 虛擬化功能

5G移動(dòng)通信技術(shù)與其他移動(dòng)通信技術(shù)有著很大不同，具有虛擬功能的特點(diǎn)，可以使用戶有一種身臨其境的感覺，給用戶帶來不一樣的體驗(yàn)^[2] 。同時(shí)，5G移動(dòng)通信技術(shù)將計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)作為基礎(chǔ)，對(duì)環(huán)境進(jìn)行虛擬，帶來一種真實(shí)感。另外，用戶可以根據(jù)自身需求，選擇各種虛擬場景，利用虛擬設(shè)備（如虛擬眼鏡等）體驗(yàn)虛擬環(huán)境，實(shí)現(xiàn)虛擬世界和真實(shí)世界的轉(zhuǎn)換。

2" 5G移動(dòng)通信技術(shù)的具體應(yīng)用[ 4]

就目前情況來說，城市軌道PIS系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)全面覆蓋，通過利用車站、列車軌道AP、無線，以及車載AP生成通信網(wǎng)絡(luò)。但是，這種網(wǎng)絡(luò)不僅信號(hào)傳輸效率較慢，存在延遲的情況，還很容易受到干擾，出現(xiàn)信號(hào)丟失、不全等問題，甚至情況嚴(yán)重的話，還會(huì)產(chǎn)生緊急信號(hào)上傳異常，以及車載閉路監(jiān)控視頻運(yùn)行等問題，嚴(yán)重影響城市軌道PIS系統(tǒng)的正常使用。然而，將5G移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用到城市軌道PIS系統(tǒng)中，可以很好地解決各項(xiàng)問題，提升系統(tǒng)的使用性能。對(duì)此，本文針對(duì)5G 移動(dòng)通信技術(shù)在城市軌道PIS系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，展開分析和研究。

2.1" 高速通信系統(tǒng)

就目前情況來說，城市軌道交通以城PIS系統(tǒng)為主，其頻段控制在1 785～1 805 MHz，但是，由于地域的限制，使用頻率資源也會(huì)受到限制，一般情況下僅僅允許10 MHz寬帶傳輸?shù)匠鞘熊壍澜煌ㄖ小Ｍ瑫r(shí)，為了保證系統(tǒng)信息的安全性和可靠性，并且將10 MHz寬度分別設(shè)置成A、B雙網(wǎng)冗余方式，但是這樣依舊無法滿足綜合承載業(yè)務(wù)需求。對(duì)此，為提升高速信息系統(tǒng)的使用性能，將5G移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用到其中，主要因?yàn)?G移動(dòng)通信技術(shù)包含多個(gè)技術(shù)分支，可以結(jié)合實(shí)際情況，適當(dāng)提升頻率的使用效率，做到將原有寬帶作為基礎(chǔ)，提升通信效率^[3] 。同時(shí)，5G移動(dòng)通信技術(shù)在高速通信系統(tǒng)應(yīng)用期間，可以結(jié)合實(shí)際情況，緩解傳統(tǒng)頻譜資源使用緊張的問題，從而提升通信效率。另外，與4G移動(dòng)通信技術(shù)相比，5G移動(dòng)通信技術(shù)的通信效率有著很大的提升，并且可以結(jié)合實(shí)際需求嗎，承載很多業(yè)務(wù)，提升多路視頻的分辨率。

2.2" 端到端通信系統(tǒng)

將5G移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用到端到端通信系統(tǒng)中，可以解決設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸基站終端問題，以此提升信息和數(shù)據(jù)傳輸效率。另外，5G移動(dòng)通信技術(shù)在端到端通信系統(tǒng)以后，如果軌道網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常，列車之間也可以進(jìn)行連接通信，了解對(duì)方的運(yùn)行狀態(tài)，以及具體運(yùn)行位置，并且結(jié)合自身情況，做出調(diào)節(jié)，以此保證城市軌道列車運(yùn)行的安全性。

2.3" 綠色通信系統(tǒng)

通信信息技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)據(jù)和信息在通信期間，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生能量損耗，增加成本。為解決該項(xiàng)問題，將5G移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用其中，做到對(duì)各項(xiàng)資源進(jìn)行合理部署和使用，提升資源利用效率，避免產(chǎn)生能量損耗問題。從城市軌道交通PIS系統(tǒng)角度來說，應(yīng)當(dāng)通過利用5G移動(dòng)通信技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不斷完善，并且構(gòu)建綠色通道系統(tǒng)，對(duì)各項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行合理調(diào)度，以此提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率，避免出現(xiàn)能源損耗，滿足城市軌道交通發(fā)展的需求。

2.4" 網(wǎng)絡(luò)功能虛化擬技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Function Virtualization，NFV）[ 5]"指將固定的網(wǎng)絡(luò)功能與專用硬件平臺(tái)進(jìn)行解耦，并且利用軟件模塊的方式，展現(xiàn)系統(tǒng)功能，再通過虛擬機(jī)進(jìn)行運(yùn)行^[4] 。另外，根據(jù)行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，利用服務(wù)器平臺(tái)對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行加載，并且軟件在處理網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)方面，需要將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫，以便后續(xù)使用。

2.5 ""MIMO增強(qiáng)技術(shù)

（1）多入多出系統(tǒng)增強(qiáng)技術(shù)（Multiple-Input Multiple-Output，MIM0）屬于5G移動(dòng)通信技術(shù)的分支，利用該項(xiàng)技術(shù)可以有效提升數(shù)據(jù)的傳輸效率，并且也不需要增加帶寬頻率。同時(shí)，由于MIMO增強(qiáng)技術(shù)含有多個(gè)獨(dú)立信息通道，主要將接收端和發(fā)送端進(jìn)行連接， 這樣可以增強(qiáng)信號(hào)的包容量；并且，將MIMO增強(qiáng)技術(shù)與客戶端進(jìn)行連接，傳輸效率會(huì)有明顯提升，基本上可以達(dá)到100 Mbit/s。MIMO增強(qiáng)技術(shù)的技術(shù)模式較多，各種技術(shù)模式的功能也是不相同的，主要包括波束賦形、發(fā)送分集等，其中波束賦形可以有效提升傳輸效率，主要以一定形狀電池波為主，集中進(jìn)行傳播，所以在增強(qiáng)系統(tǒng)功能方面有著很大助益。然而，發(fā)送分集可以在一定程度上提升城市軌道交通PIS系統(tǒng)性能，但不會(huì)提升傳輸效率。

（2）在5G移動(dòng)通信技術(shù)的背景下，MIMO增強(qiáng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用到基站中，并且結(jié)合實(shí)際情況增加基站密度，這樣可以有效提升城市軌道交通PIS[ 6]"系統(tǒng)的容量。另外，通過利用小基站+大天線技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)無線接入的模式，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行AP切換，這樣可以避免出現(xiàn)通信中斷問題的發(fā)生。此外，結(jié)合實(shí)際情況，可以在一個(gè)站點(diǎn)配置多個(gè)天線，這樣可以有效提升頻譜利用效率，確保站點(diǎn)覆蓋的全面性，以此減少信號(hào)的干擾性。

2.6" PIS系統(tǒng)核心網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

（1）LTE-Advanced 技術(shù)也是5G移動(dòng)通信技術(shù)的一項(xiàng)分支，并且通過利用LTE-Advanced" 技術(shù)不斷提升城市軌道交通PIS系統(tǒng)的使用性能^[5] 。同時(shí)，在城市軌道交通PIS系統(tǒng)核心網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建期間，通過利用LTE-Advanced" 技術(shù)可以進(jìn)行中組網(wǎng)，形成穩(wěn)定性較高、運(yùn)行可靠的通信系統(tǒng)，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息傳輸?shù)难訒r(shí)性。在5G移動(dòng)通信技術(shù)的影響下，與軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）[ 7]"和NFV等技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合，可以重新定義網(wǎng)絡(luò)硬件，但是與傳統(tǒng)核心網(wǎng)絡(luò)硬件有很大不同，應(yīng)當(dāng)使用專用的硬件配置裝置，并且應(yīng)當(dāng)配置一個(gè)可以滿足通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，目的是滿足城市軌道交通PIS系統(tǒng)使用需求。

（2）構(gòu)建城市軌道交通PIS系統(tǒng)核心網(wǎng)絡(luò)，不僅可以解決通信設(shè)備高成本與配置效率較低的問題，還可以結(jié)合實(shí)際情況對(duì)硬件房間進(jìn)行布置，根據(jù)實(shí)際需求在任意位置進(jìn)行部署，目的是提升資源配置和利用效率。此外，將LTE-A技術(shù)與車地?zé)o線通信系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合，這樣可以有效提升接入效率，系統(tǒng)運(yùn)行延時(shí)一般不會(huì)超過1 ms[ 8]"，如此軌道交通運(yùn)營人員對(duì)該方面基本沒有任何感覺。

3" 5G移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用注意事項(xiàng)

5G移動(dòng)通信技術(shù)是一項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)體系，但是由于城市軌道交通PIS系統(tǒng)相對(duì)較為復(fù)雜，所以該技術(shù)在城市軌道交通PIS系統(tǒng)應(yīng)用期間需要注意的問題也有很多，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)。

3.1[ 9]"" 降低設(shè)備成本

由于5G移動(dòng)通信技術(shù)的頻率相對(duì)較高，所以無線線路傳輸衰減也會(huì)有所提升，因此，5G移動(dòng)通信技術(shù)在應(yīng)用期間，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，將小基站+大天線作為基礎(chǔ)進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)部署密集部署，但這樣部署方式設(shè)備成本相對(duì)較高^[6] 。為解決該問題，5G移動(dòng)通信技術(shù)在城市軌道交通PIS系統(tǒng)應(yīng)用期間，應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)設(shè)備進(jìn)行篩選，從中選取性價(jià)比較高的設(shè)備，以此降低成本.

3.2 保證數(shù)據(jù)安全性

無線系統(tǒng)的接入終端數(shù)量如果增加，這時(shí)就會(huì)給信息和數(shù)據(jù)的安全性帶來一定影響。所以，5G移動(dòng)通信技術(shù)在城市軌道交通PIS系統(tǒng)應(yīng)用期間，一定要做好信息和數(shù)據(jù)安全防護(hù)工作，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息丟失，或者系統(tǒng)和設(shè)備受到安全威脅。

4" 結(jié)語[ 10]

綜上所述，5G移動(dòng)通信技術(shù)作為一項(xiàng)前沿技術(shù)形式，將其應(yīng)用到城市軌道交通PIS系統(tǒng)中，可以有效提升系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩偈钩鞘熊壍懒熊囘\(yùn)行更加安全和穩(wěn)定性。另外，5G移動(dòng)通信技術(shù)在應(yīng)用期間，應(yīng)當(dāng)從不同角度展開，如高速通信系統(tǒng)、端到端通信系統(tǒng)、綠色通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬NFV技術(shù)、MIMO增強(qiáng)技術(shù)、PIS系統(tǒng)核心網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、支撐業(yè)務(wù)接入與存儲(chǔ)等，不斷優(yōu)化城市軌道交通PIS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提升系統(tǒng)的功能性，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸延遲問題，提升網(wǎng)絡(luò)資源利用效率，盡最大可能來滿足城市軌道運(yùn)營需求。

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