城市轨道交通中5G通信技术的运用探讨

罗璧函 中国电子科技集团公司第三十四研究所

随着我国经济的快速发展，许多大中型城市正在紧锣密鼓的建设城市轨道交通，缓解城市公共交通的压力，提升人们出行的便捷性。与此同时如何提升乘客乘坐城市轨道交通体验也应得到广大管理者的关注。不仅涉及乘车安全、列车自动驾驶，全线路智能监测等领域，同时还涉及人们乘车时的移动智能终端数据的交互体验。而这些服务与体验都依靠大量的数据信息，才能确保列车在地下高速行驶的环境中信号保持连续性和通畅性。而日益成熟的5G 通信技术恰恰可以满足城市轨道交通数据交互的低时延、大数据的要求。将5G 通信技术运用于城市轨道交通，为城市轨道交通加持上华丽的智能化外衣，提升城市轨道交通的智能性、安全性与舒适性。因此，本文详细介绍了5G 通信技术的特点和发展状况，并对其在城市轨道交通中的运用加以论述。具体如下所示。

一、5G通信技术的发展

（一）简述

5G 通信技术为第五代移动通信技术（5th Generation Mobile Communication Technology，简称5G），具有高速率、低时延、高带宽等特点，是互联网时代人、机、物互联的网络基础。现有通信模式已经无法满足移动互联流量爆炸式的增长，在许多人员密集的地方人们已经可以明显感受到“网速下降”。5G技术不仅可以提高人员密集区域人们对移动数据的极致体验需求，同时也可以面向工业控制、智能医疗、自动驾驶等行业对数据交互时延低、可靠性高的应用需求。而大量的快速数据交互是满足智慧城市、智能出行等基本业务实现的前提。未来5G 应用场景将更加多样化，5G 关键性能指标也更加多元化，为互联网时代万物互联提供可靠的通信基础。

（二）5G 通信的技术特点

5G 通信技术的应用使得万物互联的时代得以到来，它相对于4G 技术来说，得到了全质的提升。不仅体现在高性能、低时延方面，同时容量的大幅增加也是5G 通信技术的一大重要改善。并且我国的5G 通信可以在现有4G 基站的基础上进行改造，降低了设备兴建成本。如表1 所示，毫米波、新式天线、全双工以及全新的网络架构都使得5G 通信技术较以往无线通信技术有了巨大的提升。

表1 5G通信性能

（1）毫米波是未来移动通信发展的趋势，其优点在于可使用带宽充足，使用的天线尺寸小，天线增益高。（2）新式天线不仅提升了通信性能，同时也可以有效的降低智能终端的尺寸。相对于传统的2D 天线阵列，3D 模式的新型天线阵列可以满足多用户信息波束智能通信，同时有效的降低了不同用户信息交互过程中的串扰问题。3D 模式的天线阵列与毫米波技术配合使用，还可以改善毫米波信号覆盖率的问题。（3）5G通信技术使用的小基站，能够有效地拓展网络接入方式，满足用户不同环境下对移动通信业务的不同需求。小基站有利于短途高质量通信，可以实现较快速率的数据传输，大大降低通信时延。同时还有利于降低设备通信过程中的功耗。兴建小基站不仅有利于提升通信终端的使用体验，同时也可以提升信息通信覆盖率，提高通信频谱的利用率。（4）全双工是指信号可以同时收发，能够突破传统无线通信模式频谱资源限制瓶颈，将频谱资源进行更加灵活的使用，最大可以将空口频谱的通信效率提升一倍。（5）新型的网络架构借助基于处理集中化与无线电协作式以及云计算的接入新型网架构，可以有效降低信息串扰，降低智能终端的功耗，提高频谱利用率，智能终端的动态组网也更加方便。5G 通信技术的特点确保了5G 通信技术的高性能指标，而高带宽、低时延、高可靠性也恰恰满足了城市轨道交通对通信业务的需求。

二、5G通信技术在城市轨道交通应用的重要意义

大多数轨道交通利用卫星进行数据交互，但是城市轨道交通多处于地下，卫星通信在地下信号容易出现波动，稳定性较差，甚至可能出现通信中断的情况。因此卫星通信无法满足城市轨道交通的需求。另外一种是有线通信方式，常用于城市轨道交通管理系统数据交互，可以确保信息传递的及时性和准确性，提升城市轨道交通信息传递能力。而5G 通信技术不仅可以用于城市轨道交通管理系统内部的数据业务，同时可以满足乘车人员对移动业务的需求，确保在整个地下通道内城市轨道交通管理系统和乘车人员都可以得到高质量的无线通信服务。5G 通信技术的应用范围正在不断扩大，未来城市轨道交通作为一个重要的交通载体，可以与5G 通信技术展开更多的合作，构建一个以城市轨道交通为主体的公共交通物联网。提升城市轨道交通运营效率的同时，实现实时万物相连，利用无线通信技术提升城市公共交通服务能力，改善广大市民的乘车体验。

三、5G通信技术在城市轨道交通通信中的运用

随着我国5G 通信技术的逐渐成熟以及大量成功应用，5G 通信技术在城市轨道交通中的运用也越来越多，大致可以分为列车运行、乘客出行、安防等方面。

（一）5G 通信技术在列车中的运用

（1）可视化语音通信。利用可视化语音通信可以实现地上调度中心对地下列车的可视化调度和管理。该技术对时延要求较高，而对带宽需求相对较低。（2）中低速信息传递。列车运行的过程中，需要与控制中心进行运行数据、管理数据以及列车紧急文本信息交互。该交互过程中必须信息传递的时延低、带宽充足，这样才能确保列车的安全运行。（3）3D 可视化VR 行车环境，该技术实现了运行轨道的可视化和可控性。3D 可视化VR 实时传输的数据量较大，因此对网络带宽的要求较高。

（二）5G 通信技术在乘客出行过程中的运用

高品质的城市公共交通服务不仅需要为广大乘客提供安全便捷的乘车体验，同时还为乘客提供稳定快速的移动网络。5G 通信技术在乘客出行的过程中，一方面满足用户通过智能终端访问移动互联网的需求，另一方面从网络购票，车辆路线、到站信息实时查询，再到智能安检、无感刷卡乘车，到站提醒、换乘提醒，以及车站实时人流密度、车厢实时人流密度查询等服务都不离开5G通信技术。将5G 通信技术与更多的城市轨道交通智慧终端以及软件配合使用，可以分散城站、车厢人流，提升乘车体验的同时，降低城市轨道交通服务压力。

（三）5G 通信技术在城市轨道交通安防中的运用

安防工作在城市轨道交通中的重要性不言而喻，城市轨道交通是高密极、大客流的集中式公共交通服务体系。随着5G通信技术的加持，全自动驾驶模式将会越来越多的服务于各大城市轨道交通。在此情况下，一旦出现紧急情况，就需要借助5G 通信技术实时接收到现场的情况，并由控制中心第一时间做出决策，将决策结果传输给车辆和各大安防管理系统，第一时间做出应急响应。

除此之外，超高清的视频信息流也需要5G 通信技术的保障。超高清信息视频信息不仅可以实时监控每一位乘车人员的动态，同时对于火灾、地震、车辆异常、车站异常情况进行实时的监测，随着安防传感器的应用，数据量也在不断攀升，5G 通信技术的低延时、高脉宽，可以同时快速、准确的传递每一个传感器的信号，并第一时间控制自动灭火系统、自动烟雾排放系统等自动化安防设备工作。配合AR 智能分析软件，自动化识别城市轨道交通中潜在的安防风险，第一时间发现问题并及时做出正确的决策。

四、结语

5G 技术在城市轨道交通中的应用，可以带来巨大的经济和社会效益。提升城市轨道交通的自动化、无人化、安全化服务能力。同时也大大改善了乘客的乘车体验，使得轨道城市轨道交通无线通信变得更为无限。随着更多智能终端的应用，以及5G 通信技术低时延、高带宽等技术特点的保证之下，我国的城市轨道交通将会变得更加智慧化、便捷化。