淺談高速鐵路通信系統(tǒng)在5G環(huán)境下的應(yīng)用

王凱

摘 要：隨著鐵路高速化、智能化的發(fā)展和不斷進步，鐵路的移動通信系統(tǒng)面對著新的發(fā)展要求。第五代移動通信技術(shù)（5G）擁有傳輸速率高、大帶寬、低時延、大規(guī)模連接設(shè)備的優(yōu)勢。該技術(shù)能進一步提高現(xiàn)有的鐵路通信和運行狀況，對保障列車運行智能性和安全性具有十分重要的作用。5G移動通信技術(shù)在鐵路行業(yè)中的應(yīng)用成為鐵路無線通信發(fā)展的方向，文章就高速鐵路通信系統(tǒng)在5G環(huán)境下的應(yīng)用進行分析探討。

關(guān)鍵詞：高速鐵路;通信系統(tǒng);5G環(huán)境

引言

高速鐵路通信系統(tǒng)的構(gòu)建是影響高鐵運營質(zhì)量的重要工作，在5G網(wǎng)絡(luò)推廣普及的情況下，高速鐵路通信系統(tǒng)的建設(shè)擁有了較為理想的基礎(chǔ)條件。5G技術(shù)的應(yīng)用可以使高速鐵路通信系統(tǒng)得到進一步優(yōu)化，因此，在當(dāng)前高速鐵路發(fā)展速度較快的情況下，加強對5G環(huán)境的研究分析，并制定高速鐵路通信系統(tǒng)的優(yōu)化使用策略，是很多高速鐵路專業(yè)人員重點關(guān)注的問題。

1 5G 移動通信技術(shù)

5G通信技術(shù)主要是指第五代移動通信技術(shù)，屬于一種延續(xù)4G通信技術(shù)優(yōu)勢及特點的技術(shù)內(nèi)容[1]。5G通信技術(shù)在應(yīng)用方面攻克了4G通信技術(shù)的不足，具體表現(xiàn)在兩個方面。（1）5G通信技術(shù)主動結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢，在拓寬數(shù)據(jù)傳輸范圍方面取得了突飛猛進的發(fā)展。相較于4G技術(shù)而言，5G通信技術(shù)傳輸速度得到了進一步加強。即便處于不穩(wěn)定的運行狀態(tài)下，信息傳送量也可以達(dá)到常規(guī)狀態(tài)，解決以往4G技術(shù)運輸不穩(wěn)定問題。（2）5G通信技術(shù)解決了以往移動網(wǎng)絡(luò)基站覆蓋面不足的問題。正式傳輸過程中，5G通信技術(shù)打破了傳統(tǒng)覆蓋范圍的局限問題，即便不在基站覆蓋范圍當(dāng)中，也可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸過程?？梢哉f，5G通信技術(shù)的出現(xiàn)與應(yīng)用，無疑彌補了4G通信技術(shù)的不足，為未來社會生產(chǎn)的進一步發(fā)展提供內(nèi)在驅(qū)動力。

2 我國高鐵通信系統(tǒng)

高速鐵路是當(dāng)前中國非常重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，在我國客運與貨運上承擔(dān)著重要的分量，我國的高速鐵路在世界上屬于先進水平，具有完善的高鐵技術(shù)體系。而高速鐵路通信系統(tǒng)又在整個高速鐵路運輸過程中扮演著不可或缺的角色，承擔(dān)著確保高速鐵路列車行駛安全及保障高速鐵路列車運輸與管理工作順利展開的重任。但隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在已有的鐵路專用通信技術(shù)已經(jīng)無法滿足高速鐵路通信的高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅?主要包括高速列車運行速度快，使高鐵通信系統(tǒng)產(chǎn)生頻偏，讓沿線的各類基站信號接收不穩(wěn)定;各通信系統(tǒng)樞紐站的距離相對較遠(yuǎn)，使得各個站點需要服務(wù)的范圍太廣;高速鐵路的旅客較多，增加了網(wǎng)絡(luò)的使用量和基站負(fù)荷，導(dǎo)致移動信號下降;高鐵速度太快，移動通信網(wǎng)絡(luò)需要不斷切換， 會導(dǎo)致掉線、切換失敗或緩慢等問題[1]。

3 高速鐵路通信系統(tǒng)在 5G環(huán)境下的應(yīng)用

3.1 提高乘客用網(wǎng)質(zhì)量

高速鐵路在進行智能管控系統(tǒng)建設(shè)過程中，務(wù)必加強對移動網(wǎng)絡(luò)化相關(guān)狀況的研究，尤其要對在線視頻觀看的頻率進行詳細(xì)考察，以便可以在制定5G環(huán)境下移動設(shè)備配置方案的過程中，實現(xiàn)對在線視頻觀看時長的合理掌握，并保證移動視頻得到更高質(zhì)量的普及。乘客用網(wǎng)質(zhì)量的創(chuàng)新還需要加強對移動視頻清晰度的重視，尤其要對4K超清視頻的實際應(yīng)用需求進行調(diào)查，使5G技術(shù)的突出應(yīng)用優(yōu)勢可以得到明確，進而滿足寬帶穩(wěn)定性的維護需求，并保證乘客的用網(wǎng)質(zhì)量可以得到更高水平的維護。在進行5G通信系統(tǒng)建設(shè)過程中，要加強對4K超清移動視頻所需技術(shù)支持的研究，尤其要對超高清視頻的技術(shù)需求加以總結(jié)，并保證監(jiān)控和通話等基本需求得到滿足，為乘客用網(wǎng)質(zhì)量的改進提供必要支持。

3.2 網(wǎng)絡(luò)化行車控制

5G技術(shù)擁有高帶寬，能實現(xiàn)毫秒（ms）級端到端時延，可以支持500km/h以上的超高移動性速率，因此能夠穩(wěn)定、可靠地實現(xiàn)各類車載設(shè)備間和車地設(shè)備間的通信，可以實時監(jiān)控列車運行，實現(xiàn)自動化調(diào)度和主動安全控制功能;實時監(jiān)測列車及行車線路狀態(tài)，將路軌狀況、列車狀況等上傳到數(shù)據(jù)庫，再通過實時分析，對可能出現(xiàn)的故障進行檢測及預(yù)判，提出合理的解決方案，從而減小了列車運行中的故障率，保障了列車的運行安全。這也為未來實現(xiàn)無人駕駛、遠(yuǎn)程駕駛或者增強現(xiàn)實（AR）智能駕駛技術(shù)，打造下一代自動駕駛系統(tǒng)等智能鐵路的行車控制系統(tǒng)提供了可能。

3.3 智能管控

具備高傳輸特點的5G通信系統(tǒng)在一定程度上可以為列車運行過程提供實時監(jiān)控保證。通過運用高速鐵路列車自帶的檢測設(shè)備，可以實現(xiàn)對高鐵列車路軌情況的全面監(jiān)督與管理，并且可以及時將列車運行過程中涉及的數(shù)據(jù)內(nèi)容上傳到本地數(shù)據(jù)庫當(dāng)中。操作人員通過調(diào)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)內(nèi)容，可以針對系統(tǒng)運行過程中存在的故障問題進行精準(zhǔn)檢測[2]。操作人員可以根據(jù)具體問題制定科學(xué)、合理的解決措施，以期可以減少高鐵列車運行的質(zhì)量問題。同時，5G通信系統(tǒng)基于可以實現(xiàn)毫秒級端到端時延的特點，基本上可以進一步強化設(shè)備的連接密度，確保列車運行過程安全無誤。

3.4 加快完善輔助式衛(wèi)星定位系統(tǒng)

在針對高速鐵路進行衛(wèi)星定位系統(tǒng)設(shè)計過程中，一定要對5G環(huán)境下的信號傳輸難點加以分析，并對高鐵列車沿線的地形地貌特征予以研究，使隧道和樹木等影響因素得到充分明確，保證高鐵列車的運營可以有效滿足5G通信環(huán)境下的信息傳導(dǎo)需要。要加強對衛(wèi)星信號發(fā)射過程的關(guān)注，并對高鐵列車運行質(zhì)量的影響因素進行全面總結(jié)，以便高層建筑物等因素對高速鐵路的影響可以得到明確認(rèn)定，以此實現(xiàn)對5G通信系統(tǒng)的成熟應(yīng)用[4]。高鐵列車還需要加強對5G網(wǎng)絡(luò)實際應(yīng)用價值的總結(jié)，使衛(wèi)星輔助數(shù)據(jù)可以得到進一步優(yōu)化，確保高鐵具體的方位信息得到明確。

3.5 特殊環(huán)境

火車站是典型的客流密集場所，采用室內(nèi)5G組網(wǎng)分布覆蓋，可以滿足旅客超高清移動視頻直播、視頻通話、視頻會議和視頻監(jiān)控等需求，同時也為5G賦能智慧火車站提供了可能，進一步提升鐵路系統(tǒng)以及火車站的管理效率和服務(wù)品質(zhì)。高鐵隧道。我國山區(qū)較多，隧道也較多，可采用特型天線，在短距離直線隧道前后采用天線進行覆蓋。一般情況下，可以在隧道中與隧道口安裝特型天線進行覆蓋，兩側(cè)不同區(qū)域覆蓋增加用戶信號。

3.6 提高開放性傳輸方式安全性

高鐵列車需要對5G環(huán)境下的通信系統(tǒng)建設(shè)情況進行詳細(xì)考察，并對開放性信息傳輸?shù)膬?yōu)勢加以總結(jié)，在充分明確通信系統(tǒng)安全保障重要性的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對病毒和黑客等問題的管控，以此滿足外部入侵因素的規(guī)避需要，為通信系統(tǒng)安全性的高質(zhì)量維護提供必要支持[3]。要對5G環(huán)境下高速鐵路通信系統(tǒng)的內(nèi)部故障特征加以研究，并從網(wǎng)關(guān)設(shè)置的角度出發(fā)，制定上層信息安全控制方案，使非安全性信息可以獲得更高水平的攔截，并保證可以在鐵路系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信的突出價值得到明確的情況下，滿足網(wǎng)絡(luò)獨立性運行需要，為高鐵列車實現(xiàn)開放性信息傳輸提供必要支持。

4 結(jié)束語

5G系統(tǒng)憑借自身速率高、穩(wěn)定性高、時延性低等特點，有效地促進了高速鐵路通信系統(tǒng)的全面發(fā)展。初步改善了高速鐵路通信系統(tǒng)穩(wěn)定效果差、承載效果不佳以及易受周圍因素干擾等問題，促使列車運行過程的網(wǎng)絡(luò)連接效果、智能化運行效果不斷向安全性與穩(wěn)定性方向發(fā)展。

參考文獻：

[1] 王增浩，楊麗花，等.5G-NR毫米波HSR上行多用戶系統(tǒng)中多普勒頻偏估計方法[J].南京郵電大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2019，39（06）：28-34.

[2] 侯天宇，周杰，等.5G多天線城市降雨環(huán)境下的信道模型研究[J].電子測量技術(shù)，2020，43（02）：21-25.

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