5G通信在城市轨道交通的运用浅析

赵彦博

（沈阳地铁集团有限公司，沈阳 110011）

5G通信技术是基于4G通信技术升级而来的，是最新一代蜂窝移动通信技术。目前，我国正积极推进第五代移动通信网络技术的研发和相关标准制定工作，其中对于城市轨道交通提出了明确的要求，要求有关单位应当积极推进城市轨道交通信息化建设和5G通信在高速移动下的运用研究。在城市轨道交通中运用5G通信技术，是未来城市轨道交通信息化建设的必然趋势。

1 5G通信技术的优势

5G通信技术具有高数据、低延迟、传输距离远、容量大、抗干扰能力强、资源有效利用等多方面的优势。

1.1 高数据速率

5G通信技术的主要优势就是高数据速率。目前，5G通信网络已成功在28千兆赫（GHz）波段下达到了1Gb/s，相比之下，4G网络服务的传输速率仅为75Mb/s，并且在未来5G通信网络的传输速率可达10Gb/s，这意味着手机用户在不到一秒时间内即可完成一部高清电影的下载。

1.2 减少延迟

5G通信技术不仅具有高数据速率的优势，并且能够有效减少网络延迟。这是由于5G通信网络支持更多端与端的使用率，改善智能手机的无线网络与搜索信息的服务器之间连接的情况。这样，在发送短信、浏览网页或者观看网络视频是，可以有效改善短信传递延迟、页面加载停滞、视频播放不流畅等端到端的网络连接问题。

2 城市轨道交通中运用的通信技术

在城市轨道交通运输中，其存在的主要问题是当列车行驶于有周围高大建筑物遮挡的轨道或者地表底下时，常常会出现信号不稳定，网络延迟差的现象。这也说明了在铁路运输系统中利用卫星系统进行通信的方面并不能完全改善城市轨道交通运输中存在的问题，因此需要不断创新发展通信技术，以适应城市轨道交通能够安全、可靠的运行。随着近年来通信技术的不断发展，5G通信技术将会逐渐商业运用并且广泛运用于城市轨道交通中。其中，在城市轨道交通中，可以承载城市轨道交通系统所产生的各种数据信息的综合数字通信网络，称为城市轨道交通运输系统。而在城市轨道交通运输系统中根据承载媒介的不同可以具体划分为两大类：一是有线通信，二是无线通信。

2.1 有线通信

有线通信在城市轨道交通通信系统中发挥重要作用，这是由于在城市轨道交通通信系统中，传输系统是关键性内容，在城市轨道交通中所有的信息传递都需要依靠传输系统进行。因此，为了能够确保所有信息能够为列车行驶安全及运行服务，所以要求传输系统应当具有自愈能力，其传输媒介则是采用光纤通信作为介质，同时在通信系统分布的各个连接网络中采用802.3有线网络。这样，才能确保传输系统可靠性、实时性和无阻碍性的作用，才能确保传输系统在发生事故时及时、迅速处理的通信服务能力。

2.2 无线通信

在城市轨道交通通信系统中，除了通过采用有线作为传输媒介进行数据传输以外，还有通过无线通信进行数据传输。无线通信的最大作用就是能够在发生紧急事件和行车安全事件时的通信处理，能够保证事故发生时抢险人员、作业人员和列出人员之间的实时通信，是一种较为可靠的通信手段。而在无线通信的处理方式上基本分为两大类：一是列车—地通信，是在以4G通信技术的基础上进行信息数据传输，能够有效的满足列车网络的需求，但是随着全自动无人驾驶的城市轨道交通系统的发展和应用，对信号传输及其承载能力要求更高，因此5G通信技术的应用便是必然趋势；二是车—车通信，在车与车的通信中，其目的是缩短信息传输的距离，因此对网络通信的要求也很高，这在未来使用5G通信技术奠定了一定的基础。

3 5G通信在城市轨道交通中的运用

在城市轨道交通通信系统中，其信息传输网络承载了城市轨道交通运行中产生的各种信息，能够有效的为城市轨道交通各个部门的运行、管理和其他各类数据传输提供服务，在城市轨道交通系统中发挥着安全和高效的重要作用，然而随着我国经济水平的不断提升，城市建设发生了巨大的变化，因此对于城市轨道交通中的通信网络要求也越来越高。城市轨道交通系统应当不断发展并且使用新的通信技术，以此保证更好的为用户提供服务，让用户感受更好的乘车体验。因此，以下介绍了5G通信技术在城市轨道交通中的应用及其可能会存在的问题。

3.1 5G通信的应用

（1）减少列车转换的网络延迟

针对车—地通信之间传输信息网络延迟的问题，可以通过5G通信技术实现，以此加大车—地通信之间信息传输的范围和速率，并且有效减少列车在转换过程中的网络延迟。5G通信在城市轨道交通中的运用，将城市轨道交通列车行驶路上的蜂窝覆盖缩小，使蜂窝密集分布甚至超密集分布，以此有效提高城市轨道交通信息传输和接入的速率，同时扩大了通信网络的容量。因此，5G通信在城市轨道交通中的运用，能够很好的满足正在快速发展的城市轨道交通对通信的需求。

（2）提高列车网络连接的安全

为了实现新一代车—车通信之间的多数据、高可靠性和高实时性的信息传输目的，在城市轨道交通中运用5G通信，其通信技术中超高密集的网络分布，能够持续不断地为城市轨道交通列车提供信息传输服务和更高安全性的网络连接，然后通过D2D通信实现在终端之间进行数据之间传输，从而提高车与车之间的信息传输及交互能力。

（3）实现多个用户信息传输服务

5G通信在城市轨道交通中的运用，还体现在为多个终端用户之间的信息提供信息传输服务，这是利用SDMA原理解决在TD-LTE技术基础上车与地之间的无线传输网络中的问题，有效承载了PIS与信号系统业务，继而实现多个终端用户同时进行信息传输。此外，5G通信在城市轨道交通中的运用，其所具备的低延迟、高宽度和高数据速率的优势，能够同时满足不同安全等级之间的信息传输需求。因此，在未来城市轨道交通中，5G通信技术的应用前景非常广阔。

3.2 5G通信可能遇到的问题

5G通信在城市轨道交通中的运用前景虽然非常广阔，但是在运用过程中同时也会存在或多或少的问题。其可能会遇到的问题为以下几个方面：

（1）5G通信的超密集网络结构是由多个网络共同存在的，而且在运用5G通信时必须建立能够为5G通信使用的专用频谱，但是目前我国正处于专用频谱资源紧缺的状态，只能够依靠有限的频谱进行分配。

（2）在5G通信技术中，其使用的D2D通信技术，具有干扰性小、节约成本、较低传输成本和提升传输效率等优势，但是目前D2D通信还不能够完全与蜂窝通信实现资源共享，需要考虑其是通过正交还是复用的方式进行资源共享的问题，以及如何有效提升D2D通信的安全性和可靠性。

（3）5G通信的使用较大的一个难点，就是要保证5G通信在使用过程中MIMO在仅有的信息传输渠道中实现更多信息传输且互不干扰。

（4）5G通信的使用的一个难题是如何实现绿色通道，就是要在信息进行快速安全的传输过程中，有效降低资源的损耗。

（5）5G通信的使用要解决兼容的问题。5G通信是在4G通信的基础上升级而来的，因此需要5G通信与4G通信能够以更低损耗的方式进行兼容，针对在5G通信过程中突发问题能够及时转换至另一种通信方式，并且减少5G通信转换的时间，这样才能有效避免列车在行驶过程中出现紧急制动的问题，从而提高列车运行的安全可靠性。

4 结束语

5G通信具有巨大的技术优势，并且能够满足城市轨道交通通信的需求。因此，5G通信在城市轨道交通中运用具有可行性，并且有利于城市轨道交通的发展，需要针对5G通信可能存在的问题进行分析考虑，从而为城市轨道交通能够为我们提供更加快速、安全、高效的交通出行服务。