城市轨道交通线路5G网络覆盖方案研究

城市轨道交通线路 5G网络覆盖方案研究

胡启建 赵贞峥 王永伟 赵益林

重庆中车长客轨道车辆有限公司 重庆 401133

摘要：目前，各既有线站厅平台及隧道段共有三大运营商的2G/3G/4G无线网络覆盖：站厅平台已安装2G/3G/4G设备，通过分布式天线系统（DAS）实现无线通信；传统的泄漏电缆（以下简称“泄漏电缆”）通常用于隧道段的信号传输。然而，在这些领域引入5G网络仍然存在许多问题。例如，现有的2G/3G/4G设备与5G网络不兼容，三家运营商的5G网络频率高，频带跨度大，无法使用单一类型的泄漏电缆在隧道段实现5G网络覆盖。因此，如何解决上述问题已成为研究的重要内容。

关键词：轨道交通；线路；5G网络；覆盖方案

15G详细介绍

随着移动通信技术要求的不断提高，新一代移动通信技术体系——5G将在未来两年内逐渐商用。届时，按照以往发展的规律，5G将在几个层面的特性上取得进步，特别是频段利用率和能耗水平将大幅提升，促使传输速度和资源利用率出现一个数量级的提升。此外，5G在传输时延、稳定性、安全系数、覆盖能力等方面都会有很大的提升。5G移动通信技术体系的主要用途也将进一步扩大，将增强端到端(D2D，Device-to-Device)通信的作用，同时提高对大量数据以及机器对机器(M2M，Machine-to-Machine)通信的支持能力，进而推动未来物联网总体目标的完成。5G不仅让用户体验更好，而且可以满足大量领域和不同用途的特殊要求。

25G技术的优势

(1）频谱效率，频谱资源属于稀缺资源，随着科技的发展，对频谱资源的需求不断增加，如何利用有限的频谱资源满足日益增长的需求成为科研工作者最重要的任务之一，5G移动通信技术采用小基站、新式天线、新型网络构架，在优化覆盖、信号质量的同时，还提升了频谱效率，5G的频谱效率要比4G提升10倍以上。

(2）容量，随着4G网络规模的扩大，移动智能终端得到迅速的发展，而移动智能终端的发展带来的是流量的爆发性增长，人流密集区域的容量问题已经成为困扰通信工作者的难题。5G的超密集架构网络不但可以提高频谱效率，同时也能大幅提升系统容量，而D2D通信技术可直接在终端之间进行数据交互，无需基站转发，有效减轻基站压力。在这些新技术的加持下，5G具有超大的网络容量，可以提供千亿设备的连接能力，能够满足大规模物联网通信需要。

(3）时延，端到端的时延是由传输路径上的多段时延加和而成，仅靠优化其中一段局部时延无法大幅降低传输时延，5G技术一方面大幅降低空口传输时延，另一方面减小网络传输节点，使空口、网络架构、核心网等不同层次相互配合，使网络在低时延和可靠性上具有极高的水准，为用户提供毫秒级的端到端时延和高可靠性的业务保证，满足车联网、工业控制、远程医疗、远程控制等垂直行业的特殊应用需求。

3轨道交通线路5G网络覆盖方案

3.1站厅平台5G网络覆盖实施方案

根据既有线站厅平台无线网络覆盖情况，将5G网络与既有2G/3G/4G网络融合，实现协同组网，避免DAS重复建设和投资。本文从技术可行性和建设经济性的角度，提出了在车站大厅站台新建5G接送站，实现5G网络全覆盖的方案。优点是不需要对原有的2G/3G/4G设备设施进行改造，对现有网络没有影响。仅根据5G网络覆盖的需要增加5G微微基站。

该方案的主要特点是三家运营商在现有基站上设置5G网络源和5G微微基站。5G微微基站由集线器单元（rhub）、微微RRU或prru和基带处理单元（BBU）组成。同一个5G基站内的多个RRU分组到同一组，连接到同一个rhub，rhub通过光缆连接到通信室内的BBU组。

其中，prru在站厅站台的布局呈折线状（即prru在站厅站台公共区域两侧沿轨道方向错开，一侧序号为奇数，另一侧序号为偶数，若按序号连接，则连接线为折线状）。这种安排可以确保5G网络覆盖均匀，没有盲区。每个prru配备两组4个发射4个接收（4t4r）天线（即4个发射天线和4个接收天线），以确保5G网络的传输速率。

3.2车地通信

基于4g的TD-LTE移动通信技术的技术性质上，在20MHz频段网络带宽下，上下行100Mbit/s可以给予最大50Mbit/s管道速度的前提下，CBTC系统是每列选择安装上/下组控制信息和业务流程宽带网络要求均为0.5Cbit/s。现在使用的4g暂时可以满足列车的要求，但是随着城市轨道交通CBTC系统自动驾驶技术的发展和应用，每列列车都安装了数据信号系统，用于上下班组控制信息业务流程网络带宽要求会达到1Mbit/s，甚至更多。这样一来，就必须减少同一互联网上的列车总数或提高互联网的覆盖水平。

3.3车车通信

设备到设备通信是5G的关键技术之一，D2D通信是一种近距离数据直接传输技术，会话数据可直接在终端之间传输，不需要通过基站转发，而相关的控制信令仍由网络负责。5G网络引入D2D通信，可以有效减轻基站负担，降低端到端的传输时延，降低终端发射功率。当无线通信基础设施损坏，或者在无线网络的覆盖盲区，终端仍可借助D2D实现端到端通信甚至接入蜂窝网络。

在城市轨道交通中，列车运行间隔是衡量列车控制系统性能的关键指标之一，通信时延会导致车-地信息不同步，影响列车运行效率与运行安全，在实际生产中通常会增大列车运行间隔以保证安全。5G通信技术中引入了设备到设备通信技术，可以实现列车与列车之间的数据通信而无需经过基站，这样就大大降低了传输时延，在实际运行过程中可有效缩短列车运行间隔。并且，当网络出现故障时，车车通信也能实时交互自身位置及状态信息，保证列车安全运行。

3.4智能维护

5G技术提供了设备到设备的通信方式，这样可以使城市轨道交通中的某些有线通信设备直接改为无线通信，减少地面布线，降低了空间占用率，也减小了设备集中放置的需求，可以根据设备的性能将其放置在最适宜其工作的环境中，减少设备损耗，降低设备故障率。同时，由于设备放置更加灵活，对于日后的维护与修理也更加便利。

轨道交通的设备分布在车站、车辆段、线路上，数量多且分布广，日常维护工作量大，依靠人工巡检不但效率低而且易出错。在海量设备上接入传感器或监控设备，构建起智能维护体系，对全网设备进行实时监控，上传状态数据并反馈给控制中心，使工作人员第一时间发现问题并及时作出应对措施，以保证列车运行安全。相较于4G网络，5G技术能够提供海量设备连接能力，使城轨交通实时监控海量设备成为可能，大大降低了人员劳动强度和出错概率，提高了系统的安全性能。

结论

5G通信技术在城市轨道交通中的应用，是推动城市轨道交通以更加自动化技术、智能化系统、标准化、专业化、标准化、绿色发展的核心技术，可以合理提高城市轨道交通通信的协调能力、时效性和完整性。对此，在实施创新驱动发展战略中，结合5G通信技术的认知能力，对其在城市轨道交通中应用的可行性分析，以及不断的产品开发和实践，推动其在交通通信领域的应用具有一定的必要性和重要性。

参考文献：

[1]杨斌山.5G通信技术在城市轨道交通中的运用[J].电子测试，2021(01):131-132+96.

[2]才琳.城市轨道交通中的5G通信技术研究[J].中国新通信，2020,22(22):1-2.