地铁5G通信技术的特点及应用

李建

中交机电工程局有限公司南方分公司，中国·湖北 武汉 430000

1 引言

随着人们对出行质量要求的提高，地铁建设已经成为城市化发展中的主要内容，能有效缓解地上交通系统的压力，解决当前交通拥堵的问题，加快城市的高效化运转。在当前运载量逐年增长的趋势下，只有保障地铁系统的良好通信，才能为乘客创造安全、舒适的出行环境。5G 通信技术是对传统通信技术的革新，在覆盖范围、信号传输质量和传输速度方面都有了明显的增强，应用于地铁当中是促进城市轨道交通发展的有效措施。中国5G 通信技术尚处于发展阶段，因此在应用中也会面临较多的挑战，应该明确地铁建设的实际需求，增强技术应用实效性，明确地铁系统的建设需求及特点，确保技术方案的可行性，促进中国交通事业的现代化发展。

2 5G 通信技术概述

2.1 基本概念

5G 通信技术即第五代移动通信技术，包括了超密集组网技术、全双工技术、多天线技术、高频段传输技术和端对端通信技术等[1]。移动通信系统在信号传输中可以借助多天线技术加以优化，在空分复用的作用下优化信息通道，信道容量会因此而得到全面提升。多层覆盖异构网络的构建是5G 通信技术应用中的关键，超密集组网技术的出现，则能满足站点间距缩小的需求，提高网络的运行稳定性。设备和设备之间还可以借助端对端通信技术提高通信效率，通信时延可以得到控制，频谱资源效率也会更高。通信频段也会由于高频段传输技术的运用而得到提高，同时运用全双工技术对信号干扰问题加以解决。

2.2 基本特点

2.2.1 提高覆盖率及稳定性

相较3G 和4G 通信技术而言，5G 通信技术在数据传输稳定性和网络覆盖率上更具优势，所以更加符合人们的个性化需求，改善了人们在乘坐地铁时的体验。尤其是在较为偏远的地区应用5G 通信技术时，能对网络状况加以优化，5G信号链接更加可靠。

2.2.2 降低能耗

4G 通信技术虽然具有明显的优势，但是在耗电量上也较大，容易引起资源浪费的问题，同时需要各类终端设备具备良好的功能。而5G 通信技术的运用，则能实现对能耗的控制，为相关设备的开发应用提供了保障，真正符合当前节能型社会的构建需求[2]。

2.2.3 实现热点高容量

当网络的使用频率较高或者使用人数较多时，则会对网络的稳定性造成一定程度的影响，5G 通信技术可以实现热点高容量，密集区域消息延迟问题得到有效处理，在信号传输中更具均衡性。

2.2.4 降低延时

高延时问题是传统通信技术的主要弊端，会对用户体验造成严重影响，同时对设备的实时通信造成阻碍。运用5G通信技术则能对高延时问题加以解决，使延时控制在1ms 以内，大大增强其网络稳定性。

2.2.5 实现端到端功能

智能设备的端对端性能是决定设备和服务器良好连接状态的关键，尤其是在长期运行当中，需要实现消息的及时发送和反馈的及时接收。运用5G 通信技术能对端到端性能得到优化，降低设备的损坏率。

3 地铁5G 通信技术的应用措施

3.1 D2D 通信

列车与地面、列车与列车的连接，是确保列车处于安全运行环境的关键。以无线通信为依托，实现列车和地面的有效通信，对于控制中心功能特点的体现也十分重要。应该加快5G 信号站的建设，促进控制系统通信流畅度的提高，通过信息的汇总和对比分析，满足多元化的运行需求。地面可以通过实时获取并处理地铁信息，实现指令的发送，防止由于信息受阻而引发的安全问题。在列车和列车连接当中运用5G 通信技术，能对数据通信系统加以优化，防止列车停摆等现象的发生。D2D 通信是5G 通信技术中的关键部分，对于设备通信质量的改善效果十分显著，因此可以实现对整个地铁系统的优化与完善。在传统模式下，基站是设备通信的关键，D2D 通信技术的运用则可以充分发挥用户终端的作用，实体组或者虚拟组具有独立性的特点，消除了对传统基站的依赖，能使服务器和客户端的功能得到融合[3]。

D2D 通信是冗余通信的一种常见形式，满足了列车通信的需求，可以实时获取列车的运行状况，不仅能确保列车的协调配合，还能防止出现严重的安全事故。该技术的运用，使地铁通信系统的时延得到控制，列车运行间隔逐步缩短，有助于运营效率的提高，满足人们的个性化出行需求，创造良好的经济效益和社会效益。

3.2 数据智能采集

在大数据时代背景下，地铁运行中产生的信息数据量也在增多，如何实现数据的智能化采集，为系统优化与故障预防提供依据，成为当前地铁建设中面临的主要问题。5G 通信技术的应用，则可以充分发挥数据职能采集的作用，以5G海量物联为依托，运用无线传输的方式替代有线传输，从而增强各个设备的密切连接。 不但能使线缆的应用数量得到减少，而且对于设备的应用更加灵活，因此具有经济性、稳定性和安全性的特点。无线传输带来了另一个优势就是满足设备的安装和维护需求，为工作人员提供了巨大的便捷。驾驶辅助功能借助传感设备可以得到强化，能为驾驶员提供更加全面的信息，辅助驾驶员及时预防可能出现的意外状况。随着技术水平的提高，全自动驾驶也在逐步成为可能。

地铁运行需要大量的设备作为支撑，尤其是其类型较多且结构复杂，分布在地铁线路的各个位置当中，对于维护工作提出了更高的要求，这是保障设备良好运行状态的关键[4]。运用5G 通信技术，能充分发挥监测设备和传感器设备的功能特点，在数据采集和处理方面更具高效化，能对设备的异常运行数据进行获取，通过对比正常参数来实现故障的评估和预防。因此，5G 通信技术可以实现实时监测的目标，真正提高列车的运行安全指数。

3.3 地铁控制系统

5G 通信技术还可以应用于车载控制器和区域控制器当中，这是控制系统的关键组成部分。ATP 自动地铁车厢防护和ATO 自动地铁车箱驾驶，是车载控制器的基本功能，可以使列车在运行中真正实现自动化处理。通过车载控制器和传感器、地铁车厢司机显示器、通信接收系统的协同配合，能有效提高运行安全性与稳定性，2 乘2 取2 是该设备运行的基本原则。为了有效促进运行效率的提高，需要运用两个处理器实现有机协调，在运行/待机状态下满足编程及扩展需求。区域控制器也是5G 通信技术应用于地铁的具体表现，对于相应区域内的设备可以实现自动化控制，包括MAU 子系统和PMI 子系统两个主要部分，以3 取2 和2 乘2 取2 为冗余配置指令。列车信息借助连锁功能可以实现快速传递与共享，通过5G 信号加快指令的执行速度[5]。

3.4 隧道区间无线覆盖

地铁隧道建设对于安全性的要求较高，而且给予设备的安装空间不大，容易引起纵向损失的问题，可以通过5G 通信技术实现无线覆盖，应该明确隧道的限界特点，从而确保安装方式和位置的合理性。对专网漏缆、民用通信漏缆的间距进行控制，分别在500mm 和300mm 以上，避免遮挡物对漏缆的使用造成影响。应该明确设备箱、弱点支架、专用网通信设备和信号灯的位置，确保在设置民用通信设备时更具合理性[6]。分析断点间距的要求，使双向隧道设备节点间距得到合理控制，同时对运营商的设备区域进行严格划分，使POI 和RRU 设备保持高效协同。

3.5 视频监控系统

视频监控系统在整个地铁系统中也发挥着关键作用，能实时显示列车的运行状态，使其处于安全、稳定的运行条件下，切实保障乘客的安全。其中，网络切片技术在实践中的应用效果较好，实现内外部的有效隔离，尤其是自主虚拟移动网络的构建，能通过授权的方式实现接入环节的安全控制。在网络资源的配置中可以借助软件定义网络技术和端到端NFV技术等，增强其灵活性，实现对突发事件的有效预防。为了满足视频的存储和转发需求，还要借助边缘计算技术实现高清化处理，达到智能化控制的目的[7]。通过本地存储的方式可以对数据处理的时延加以控制，满足摄像头的个性化管理要求，全面优化采集参数。通常需求构建“5G 通信技术+边缘计算平台”，有助于计算能力的增强，为无人驾驶、人脸识别和智能化运维等提供依据。分布式皮基站的方式在站厅和站台5G 信号覆盖中最为常见，区域处理中心设置于CU 位置，下沉核心网的部分功能，将边缘计算服务器设置在CU位置，通过AI 能力前置实现联动管理。本地处理中心的应用能及时存储高清视频，同时开展数据分析和图像识别等工作，高效化执行监控策略。如图1所示。

图1 视频监控系统

4 结语

5G 通信技术在覆盖率、稳定性、低能耗、热点高容量和低延时等方面具有明显的优势，是对传统4G通信技术的革新，在地铁中应用后可以有效改善列车的运行状态，增强其安全性和稳定性。应该在D2D 通信、数据智能采集、地铁控制系统、隧道区间无线覆盖和视频监控系统等各个环节明确5G 通信技术的应用要点，使地铁建设符合现代化发展的要求。