第五代移動(dòng)通信技術(shù)(5G)是具有高帶寬、高速率、高穩(wěn)定性、低延遲等特點(diǎn)的新一代寬帶移動(dòng)通信技術(shù),是移動(dòng)通信技術(shù)的巨大飛躍。其傳輸速率高達(dá)每秒1??GB(圖1),反應(yīng)速度與人的神經(jīng)系統(tǒng)一樣快(只需數(shù)毫秒),而且其高帶寬允許同時(shí)接入海量設(shè)備,因此未來利用5G技術(shù)訪問互聯(lián)網(wǎng)的傳感器、機(jī)器和人員數(shù)量將快速增長。此外,5G技術(shù)可通過網(wǎng)絡(luò)切片功能(圖2)區(qū)分不同的應(yīng)用場景,并針對相應(yīng)的應(yīng)用場景調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的傳輸功率,因此可比4G技術(shù)更好地適應(yīng)垂直市場的需求,如工廠自動(dòng)化、移動(dòng)解決方案等??偠灾?G技術(shù)可集成以前只能通過某種特定專業(yè)方法實(shí)現(xiàn)的所有功能,這種多功能性使其成為一種可取代現(xiàn)有無線解決方案的技術(shù)。目前,5G技術(shù)已逐步應(yīng)用到軌道交通領(lǐng)域,對其發(fā)展發(fā)揮著日益重要的推進(jìn)作用。
圖1 無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展演進(jìn)
圖2 5G網(wǎng)絡(luò)切片功能的應(yīng)用
目前,隨著5G芯片組的逐步商用,越來越多支持5G技術(shù)的智能手機(jī)及工業(yè)終端設(shè)備得以發(fā)布并推向市場(圖3)。這為5G技術(shù)在各領(lǐng)域的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
圖3 西門子商用5G路由器
目前,5G網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)模式有非獨(dú)立組網(wǎng)(NSA)和獨(dú)立組網(wǎng)(SA)2種。NSA模式是通過將無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的空中接口從4G升級(jí)到5G,使5G基站接入4G核心網(wǎng)。這意味著雖然無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)接口已經(jīng)升級(jí)到5G標(biāo)準(zhǔn),但是數(shù)據(jù)仍然通過現(xiàn)有的4G核心網(wǎng)進(jìn)行路由。SA模式中,5G網(wǎng)絡(luò)是完全獨(dú)立建設(shè)的,其核心網(wǎng)、基站等設(shè)施全部采用5G技術(shù),相比NSA模式,其技術(shù)更成熟,數(shù)據(jù)傳輸速率更高,投資成本更低,建設(shè)耗時(shí)更短。
在SA模式下,5G網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)更多的功能,如網(wǎng)絡(luò)切片。5G網(wǎng)絡(luò)切片功能可將網(wǎng)絡(luò)分為不同的切片(邏輯切片),并針對應(yīng)用程序的特殊需求調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的傳輸功率,從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)化配置;其具備極大的靈活性,可滿足各種應(yīng)用要求(圖4)。
圖4 5G智慧無線移動(dòng)通信
從NSA(4G+5G)模式到SA(5G)模式的轉(zhuǎn)變不是一蹴而就的,因此4G和5G核心網(wǎng)將在未來幾年共存。
5G技術(shù)在軌道交通中的應(yīng)用場景包括技術(shù)替代(即目前已通過4G技術(shù)實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用場景)和技術(shù)創(chuàng)新(目前還不能通過4G技術(shù)實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用場景)2類。
在技術(shù)替代場景中,數(shù)據(jù)服務(wù)對時(shí)間不敏感,幾秒范圍內(nèi)的延遲不會(huì)影響列車運(yùn)行,例如:
(1)列車運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)從列車到軌旁設(shè)施的傳輸;
(2)乘客信息數(shù)據(jù)的傳輸;
(3)列車駕駛員與控制中心之間的語音通信;
(4)列車位置信息的傳輸;
(5)在列車中播放的新聞或廣告;
(6)列車上提供的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。
這些應(yīng)用場景目前都已通過4G技術(shù)實(shí)現(xiàn)。5G技術(shù)的應(yīng)用可提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎唾|(zhì)量,但會(huì)大幅增加成本。因此,應(yīng)綜合考慮成本效益,決定是否采用5G技術(shù)。
技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用場景是目前必須使用專門開發(fā)的系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用場景,其集成了各種創(chuàng)新技術(shù),因此實(shí)施成本也十分高昂。
例如,在基于人工智能(AI)的列車車廂監(jiān)控系統(tǒng)中,如果視頻數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)傳輸,圖像的自動(dòng)化分析結(jié)果可以低延遲獲得,則可以在控制中心或云設(shè)施中對攝像機(jī)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估。目前,這可以通過在列車上安裝額外的硬件(HW)設(shè)備實(shí)現(xiàn),然而將大幅增加車輛成本。而采用5G技術(shù),則可將視頻數(shù)據(jù)通過寬帶實(shí)時(shí)地、幾乎沒有延遲地傳輸?shù)娇刂浦行幕蚧谠频腁I設(shè)備中,并在短時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果;此外,列車不必裝配額外的硬件用于計(jì)算和分析。
因此,5G技術(shù)在此類應(yīng)用場景中具有廣泛的應(yīng)用前景。
隨著5G技術(shù)的發(fā)展和完善,其必將在城市軌道交通領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。在技術(shù)替代場景中,可將之前基于4G技術(shù)的終端設(shè)備升級(jí)為具有5G能力的設(shè)備,以增加數(shù)據(jù)吞吐量,提高數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。而在技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用場景中,可利用5G-SA網(wǎng)絡(luò)及其網(wǎng)絡(luò)切片功能實(shí)現(xiàn)列車的精準(zhǔn)控制,以及基于云的列車傳感器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析和評(píng)估。