5G通信在铁路系统应用

摘要：进入到5G时代后，互联网技术得到了快速的提升，打破了传统宽带存在的限制，解决了时延的问题，能够充分发挥智能感应与学习技术，通过与大数据的融合构建了较为完善的服务体系。为进一步深入研究5G技术在铁路通信系统中的应用，确保铁路移动通信系统技术稳定运行，为行车安全带来根本保障，也为提高铁路运输效率奠定坚实基础，本文重点对铁路通信系统、5G无线通信技术及其在铁路通信系统中的应用进行了分析和阐述。

关键词：5G技术；GSM-R；铁路通信系统

1铁路通信系统的简介与发展现状

1.1铁路通信系统简介

历来被称为铁路耳目的铁路通信系统，随着铁路信息化的发展，在铁路运输系统中的作用日益显现。人车对话，车地对话，列车控制与调度，铁路通信已经渗透到铁路各部门，对铁路现代化的推进起到了关键性的作用。铁路通信系统分为有线和无线（GSM-R）两大部分。铁路移动通信直接影响到列车运行的安全和效率，尤其是对GSM-R的网络服务质量和系统可靠性要求非常高的承载CTCS列控业务的高铁，铁路移动通信信号的好坏直接影响到列车控制系统是否正常运行或降级运行，从而影响到列车运行速度。

1.2铁路通信系统发展现状

目前用于铁路通信无线系统的有无线列调和GSM-R系统。仅在部分普速铁路支线和专用线上使用的铁路450MHz无线列调系统已逐步退出使用，目前大部分电气化普速铁路、客运专线、高速铁路、重载铁路等都使用GSM-R（铁路专用数字移动通信系统）无线通信系统。最初的GSM只有电路域数据交换功能，GSM-R是GSM+分组交换技术+铁路专用调度的铁路专用无线通信技术，严格意义上来讲属于2.5G。由于铁路业务的特殊性，铁路移动通信主要以安全性、稳定性为原则，在公网移动通信经历了从第三代（3G）到第5代

（5G）的不断更新换代中，GSM-R并无质的改变和提升。随着公网（泛指联通移动等民用通信）5G业务的普及，GSM-R技术已经落后公网技术整整2.5代。

25G技术概述

2.1基本内容

5G（5thGenerationMobileCommunicationTechnology，简称5G）通信技术是第五代移动通信技术，是基于4G通信技术的原有技术优势变更而来。相比以往几代移动通信，5G通信技术有以下功能特点：

（1）更高的传输速率。5G的用户体验速率达到0.1～1Gbps，可以满足高清视频、虚拟现实等大数据量传输。（2）海量连接。达到每平方公里百万的连接数密度，每平方米数10Mbps的流量密度，为环境监测、工业控制实时数据、视频动态等海量的上传提供了基础，让万物互联成为现实。物联网与传统通信网络不同，要面对网络协议无法解决的问题，而5G技术的多协议与海量连接可以完美解决该问题，促进物联网的蓬勃发展。（3）低时延、高可靠性。毫秒级的端到端时延，并支持500km/h的高速移动，可以满足高速运行下的自动驾驶，并满足远程医疗、远程教学等实时应用。

2.25G通信系统的现状发展

从2019年11月1日5G套餐开始使用，5G商用已走过3个年头，中国已建成了规模最大、速率最快的5G网络。5G通信技术与前几代通信技术相比，成本更低，传输速率更高，更能满足人们对现时代通信技术的需求和要求。5G通信技术能够支持500km/h的终端移动速度要求，这一标准的实现对于铁路通信系统的发展无疑具有促进作用，为铁路移动通信系统的更新换代奠定了基础，提供了根本性的保障。

35G无线通信技术在铁路通信系统中的应用

高速铁路主要分为铁路线路的带状覆盖及枢纽车站等多用户的热点区域覆盖。

（1）铁路沿线的带状覆盖解决方案及应用受多普勒效应影响，当终端在移动中，尤其是在高速状态通信时，会发生多普勒频移现象。5G标准支持500km/h的高速移动通信是5G技术可以应用于铁路系统的基本条件。

铁路移动通信一般采用广域的带状覆盖方式，5G在铁路应用中主要会受到多普勒频偏、频繁切换、车体穿透损耗大等问题。频偏问题可以通过5G多子载波宽度特点降低载波间干扰来解决。GSM-R采用900MHz频段，上行885～889MHz，下行930～934MHz。根据现行的基站部署，普速铁路基站间距一般为6～7公里，采用单网带状覆盖。高速铁路基站间距一般为3～4公里，采用单网交织带状覆盖。GSM-R无线覆盖指标：普速铁路及客运专线机车顶部接收天线处需满足最小可用接收电平不小于-98dBm（95%时间地点概率下）；高速铁路机车顶部接收天线处需满足最小可用接收电平不小于-92dBm（95%时间地点概率下）。

（2）铁路枢纽站覆盖解决方案及应用

基于5G的NOMA与MassiveMIMO技术，铁路车站、枢纽编组站、货场、存车场/动车所等需要大量调车作业、维护作业等多用户场景，可以采取多点部署AAU的方式，达到站房、站场等各作业场所的全覆盖工作。网络切片技术则可以实现各不同安全等级、业务重次要等级业务的分层化管理。由于传统的调车作业受GSM-R传输速率所限，只能利用的作业命令等简单的数据来传递信息。得益于5G的大速率、高带宽特性，可以实现现场调车和列车环境的高清影像、视频分析、前车后车情况等数据在调度员与列车员之间实时传送，使调车作业可视化、智能化，提高安全性。

3.35G有效提升铁路安全和管理的场景示例。

原铁路会议电视系统利用有线系统传输，开会时只能在特定的会议室才可参加，5G实施后，可以像公网一样，一点对多点、点对点的随时组织视频会议，使消息的传达更快捷有效。列车维修维护、设备维护时也可将设备列车存在的问题以视频图片等形式实时上传，实现“远程医疗”，疑难问题可以集中多名专家集中“会诊”，快速解决问题，处理故障。

4总结

5G技术带来铁路行业发展新机遇，助力铁路智能化升级。5G-R可通过在铁路正线的带状覆盖，火车站、枢纽地区等热点地区的全面覆盖，对沿线铁路设施实施各项监测，支撑智能铁路各项宽带业务的智能应用。公网5G作为5G-R的容量补充，可面向非铁路安全业务，如旅客出行中的智能列车、智能接车、智能货运等旅客服务及其它业务场景。5G技术可以解决铁路移动通信系统在目前智能铁路发展过程中遇到的难题。虽然目前铁路通信系统还没有推广使用5G，但从客观的角度分析，相信5G铁路移动通信系统将是近期的主要趋势。

参考文献

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