通信技術(shù)在城市軌道交通中的具體應(yīng)用獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

通信技術(shù)在城市軌道交通中的具體應(yīng)用獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘

要：隨著5G時(shí)代的到來(lái)，我國(guó)已逐步將這種新型通信技術(shù)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，其中就包括城市軌道交通的建設(shè)。本文詳細(xì)分析了通信技術(shù)在城市軌道交通中的具體應(yīng)用，旨在增強(qiáng)將5G通信技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：5G通信技術(shù);城市軌道交通;研究;應(yīng)用

現(xiàn)如今，5G通信技術(shù)已進(jìn)入了人們的衣食住行中，在“行”方面，我國(guó)利用5G通信技術(shù)進(jìn)行城市軌道交通建設(shè)，使其軌道建設(shè)更具有安全性與可靠性。通過(guò)5G通信技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了公共基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)良建設(shè)，并創(chuàng)造了重要價(jià)值，是當(dāng)下被廣泛重視的課題之一。

一、5G無(wú)線通信技術(shù)的概述

第五代移動(dòng)通信技術(shù)簡(jiǎn)稱為5G技術(shù)，不同于3G與4G等移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，5G通信技術(shù)是數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)，特色優(yōu)勢(shì)是數(shù)據(jù)的高速傳輸能力，最高可達(dá)到10Gbit/s，速度超于當(dāng)前有線互聯(lián)網(wǎng)，是4G技術(shù)的100倍。這種高速傳輸能力不僅便于人們對(duì)手機(jī)的日常使用，更對(duì)企業(yè)的高效辦公起到了重要作用。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間也較低。例如4G網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時(shí)間是30-40毫秒，而5G技術(shù)則是1毫秒甚至更低。5G技術(shù)還可以運(yùn)用于遠(yuǎn)程醫(yī)療等網(wǎng)絡(luò)連接，具有極強(qiáng)的穩(wěn)定性與安全性。通過(guò)對(duì)大規(guī)模天線陣列技術(shù)、全頻譜接入技術(shù)的運(yùn)用，在很大程度提升系統(tǒng)頻譜效率的同時(shí)，也增強(qiáng)了其資源處理能力，使其具有超大網(wǎng)絡(luò)容量及提供千億設(shè)備的連接能力，滿足了物聯(lián)網(wǎng)的通信需求。

二、5G技術(shù)應(yīng)用在城市軌道交通中的可行性

以往將4G技術(shù)應(yīng)用在城市軌道交通中，雖在通信技術(shù)上有很大提升，但在一些特殊條件下還是會(huì)受到諸多限制。例如，在列車高速運(yùn)行或通過(guò)一些城市建筑時(shí)，會(huì)出現(xiàn)信號(hào)較弱或無(wú)信號(hào)的情況，尤其對(duì)于我國(guó)目前在軌道交通運(yùn)作中產(chǎn)生較多的信息，這一點(diǎn)已經(jīng)使4G技術(shù)出現(xiàn)不適應(yīng)的狀況，對(duì)軌道交通通信產(chǎn)生了不良影響。而通過(guò)5G技術(shù)的使用，則可以有效地改善通信狀況，幫助軌道交通建立了良好的通信能力，更好的服務(wù)于軌道交通的通訊需求。

三、通信技術(shù)在城市軌道交通中的運(yùn)用方式分析

3.1應(yīng)用于高速通信

就目前而言，我國(guó)城市軌道交通通常多采用LTE-M系統(tǒng)，系統(tǒng)頻段為1785—1805MHz，但因其各地使用頻率有所差異，故而在城市軌道交通中只允許使用10MHz寬帶來(lái)避免其受到限制。并且將10MHz寬帶分為A、B雙網(wǎng)冗余方式。但隨著軌道交通通信的變化，例如同一地點(diǎn)的多輛列車同時(shí)進(jìn)行視頻及通信傳輸時(shí)，發(fā)現(xiàn)此通信速率依然無(wú)法滿足城市軌道交通對(duì)通信技術(shù)的要求。而5G技術(shù)則可以通過(guò)利用不同的技術(shù)類型，有效解決這些問(wèn)題。利用高頻譜效率，在原有寬帶基礎(chǔ)上，使通信速率得到提升，解決了傳輸慢的問(wèn)題;5G通信的高頻段技術(shù)，很大程度上實(shí)現(xiàn)了高速通信與短距離通信，使通信更為便捷高效。與4G技術(shù)相比，5G的頻譜效率提升約5—10倍，對(duì)頻譜資源緊張問(wèn)題進(jìn)行了明顯的優(yōu)化。因此，將5G通信技術(shù)應(yīng)用在高速通信上，不僅簡(jiǎn)化了新線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方式，使多路高清視頻得以增長(zhǎng)，同時(shí)也為日后軌道交通維護(hù)工作提供了保障。此外，也為開(kāi)展施工建設(shè)工作提供了重要的信息條件。

3.2應(yīng)用在于端到端通信

當(dāng)前，為更好的保障軌道旁交通網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，通常會(huì)出現(xiàn)列車停運(yùn)或降級(jí)行駛的問(wèn)題，并通過(guò)采用CBTC系統(tǒng)，最大程度的保證通信效果的優(yōu)良。為此，就需要在列車運(yùn)行線路中規(guī)劃出兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的通信網(wǎng)絡(luò)，使一方出現(xiàn)故障后，另一方可以迅速及時(shí)的繼續(xù)承擔(dān)其通信工作。但因建立兩個(gè)獨(dú)立網(wǎng)路意味著需要在軌道旁再設(shè)置多個(gè)通信設(shè)施，會(huì)大大增加成本，同時(shí)還會(huì)延遲工期，形成對(duì)老舊線路改造的限制，使日后維護(hù)工作無(wú)法得到順利開(kāi)展。

但通過(guò)有效的利用5G技術(shù)，則可以實(shí)現(xiàn)端到端的通信技術(shù)，使設(shè)備與設(shè)施進(jìn)行數(shù)據(jù)通信信息傳輸?shù)臅r(shí)，可以擺脫對(duì)中轉(zhuǎn)的需要。而利用端到端通信技術(shù)，僅需建立兩個(gè)獨(dú)立通信網(wǎng)絡(luò)即可，充分使通信技術(shù)之間互為冗余。同時(shí)，在軌道旁網(wǎng)絡(luò)通信出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，列車間依據(jù)可實(shí)現(xiàn)通信及連接的直接傳輸，使兩車及時(shí)掌握對(duì)方的運(yùn)行位置及當(dāng)下?tīng)顩r，有效保證了列車的安全運(yùn)行。

3.3應(yīng)用于大規(guī)模天線列陣中

大規(guī)模天線陣列基于多用戶波束形成的原理，通過(guò)空間隔離，在同一頻率資源上同時(shí)傳輸幾十條信號(hào)，因其充分對(duì)空間資源進(jìn)行挖掘，可以更好利用寶貴而稀缺的頻帶資源，幾十倍的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)容量的提升。而5G通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)可以有效應(yīng)用在大規(guī)模天線陣列中，利用其特性，在保證其資源的同時(shí)為各個(gè)用戶提供相應(yīng)服務(wù)。

利用這一優(yōu)勢(shì)，使通信數(shù)據(jù)的傳輸更具安全可靠性。將5G通信技術(shù)應(yīng)用其中，可以在未來(lái)的城市軌道交通通信中，使其具備設(shè)備海量接入的能力;5G通信技術(shù)應(yīng)用在大規(guī)模天線列陣中，根據(jù)元間信號(hào)的互為相干性特征，也實(shí)現(xiàn)了波束賦形，利用其波束賦形技術(shù)具有的方向性，掌握列車運(yùn)行的位置信息，使列車在運(yùn)行時(shí)更加安全穩(wěn)定。因此，將5G通信技術(shù)應(yīng)用在大規(guī)模天線列陣中，不僅充分?jǐn)U大了系統(tǒng)容量，還能有效提高通信質(zhì)量，并在復(fù)雜的環(huán)境條件下，依然能夠保持良好通信性，具有極為重要的價(jià)值。

3.4應(yīng)用于綠色通信中

我國(guó)目前通信技術(shù)正在穩(wěn)步發(fā)展，隨著5G時(shí)代的到來(lái)，如何有效實(shí)現(xiàn)綠色通信是5G通信時(shí)代最需要重視的研究方向之一。為此，我國(guó)已深刻認(rèn)識(shí)到資源保護(hù)等一系列環(huán)保行為的重要性，并大力開(kāi)展解決方案。而城市軌道交通不僅作為城市公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，更是與推進(jìn)城市發(fā)展有著密不可分的聯(lián)系。因此一定要起到表率作用，適時(shí)降低通信能量的損耗度。通過(guò)5G通信技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)部署的優(yōu)化，資源數(shù)據(jù)的優(yōu)化，做好環(huán)境的監(jiān)管及保護(hù)工作，使其運(yùn)行效率得以安全的穩(wěn)步提升，為城市軌道的建設(shè)與發(fā)展創(chuàng)