摘要：城市轨道交通作为一种高效便捷的交通方式，越来越受到人们的关注和重视。然而，传统的城市轨道交通信息传输系统已无法满足现代化城市交通管理的需求，亟需更新和改进。鉴于此，本文基于5G无线通信技术对城市轨道交通信息传输系统进行设计，旨在构建安全、便捷、高效、绿色、经济的智慧城市轨道交通的发展战略。

关键词：5G；无线通信技术；城市轨道交通；系统设计

1、城市轨道交通信息系统结构概述

城市轨道交通信息系统是指对城市轨道交通运行管理所需的信息进行采集、处理、传输和应用的系统。其结构包括数据采集子系统、数据传输子系统、数据处理子系统和应用子系统。

（1）数据采集子系统是城市轨道交通信息系统的基础，通过传感器、监测设备等采集各种运行数据，包括列车运行状态、乘客流量、站点到达时间等。这些数据可以通过有线或无线方式传输到数据传输子系统。

（2）数据传输子系统负责将采集到的数据传输到数据处理子系统，并确保数据的及时性和可靠性。对于5G无线通信技术应用于城市轨道交通信息系统的设计，数据传输子系统可以充分利用5G技术的高速传输和低延迟特性，实现迅速传输大量数据。

（3）数据处理子系统对传输过来的数据进行处理和分析，提取有用的信息并进行存储。在数据处理子系统中，可以采用数据挖掘、机器学习等算法，对历史数据进行分析，预测未来交通需求，为交通管理提供决策支持。

（4）应用子系统是城市轨道交通信息系统的最终目标，通过对处理得到的数据进行应用，提供各种服务和功能。例如，实时显示列车到达时间、乘客流量监测、智能调度等。5G无线通信技术的应用可以提供高速、高容量的数据传输，使得应用子系统能够及时地为乘客提供准确的信息和服务。

2、基于 5G无线通信技术的城市轨道交通信息传输系统的硬件设计

2.1监控子系统设计

对于基于5G无线通信技术的城市轨道交通信息传输系统的硬件设计中的监控子系统，可以采用ATS（Automatic Train Supervision）子系统。该子系统的构成包括ATS中央控制子系统、车站子系统等。具体的构成包括：①ATS中央控制子系统：位于控制中心，用于实时监测城市轨道交通的运行状态。该子系统通常包括训练/模拟中心、数据库服务器、供电系统、操作图表/定时编辑中心、防雷系统等。通过这些组件，ATS中央控制子系统能够获取并处理列车运行信息，实现运行状态的实时监测和数据管理。②车站子系统：位于ATS沿线的各个车站和库口，用于监测和控制列车运行。该子系统通常包括监控摄像头、传感器、操作终端等设备，通过这些设备可以实时监测车站的运行状况，并与ATS中央控制子系统进行数据交互和指令传输。

在监控子系统的硬件设计中，控制中心根据线路长度设置多个调度站和一个总调度站，各调度站根据权限对线路中的某一部分进行控制。为了提高系统的可靠性和容错性，在调度工作 站之间有很多冗余，基于5G无线通信技术的冗余无线通信方案，以 5G和WiFi6高速无线网络为基础，利用物联网和大数 据技术，将车站内设备进行互联，每个设备形成电子身 份证，统一纳入车站智能运维系统，配合线路控制中心 实现对车站重要机电设备（通风空调设备、消防设施设 备、给排水设备、站台门设备、电梯扶梯、动力照明设 备等）的智能控制、智能诊断、全生命周期管理及维护 等功能。

3.2控制器设计

控制器需要与各种传感器进行连接，以获取实时的监测数据和运行状态信息。设计时需要考虑控制器与系统的集成和接口，应具备兼容性，能够与车辆控制系统、车站设备和其他相关设备进行有效的数据交换和通信。例如，可以使用温度传感器、压力传感器、电流传感器等获取车辆和设备的各种参数，并通过接口将数据传输给控制器。此外，还需提供适当的接口和协议，用于与其他系统组件进行通信。在设计控制器时，需要考虑安全性。5G通信可能会涉及敏感数据的传输，如车辆位置、速度和乘客信息等。因此，应采取适当的加密和认证措施，以保护数据的机密性和完整性。

3.3 5G数据通信子系统设计

数据通信子系统包括有线通信子系统（主干网络、控 制中心、轨道侧网、车辆网）和无线通信子系统。数字式 通信子系统的有线网络连接控制中心和端端通信终端，地 面无线接入点AP连接无线通信子系统和其它设备，负责整个通信系统的数据传输和转发。在无线通信子系统中可实现列车数据的传输和列车的切换控制。

3、基于 5G无线通信技术的城市轨道交通信息传输系统的软件设计

3.1无线通信程序设计

基于5G无线通信技术的城市轨道交通信息传输系统主要利用Socket（套接字）来建立与线路控制中心、车辆和其他设备之间的通信连接。套接字有两种类型：数据报套接字和数据流套接字。其中，在数据报套接字中，数据被分割成一系列的独立的数据包，每个数据包都有自己的目的地址和源地址信息。这种类型的套接字适合于短消息传递或需要实时性的应用，比如实时监测和报警系统。而数据流套接字面向连接，数据通过一个连续的数据流进行传输。

在数据流套接字中，数据按照发送顺序依次传输，并且保证数据的完整性。这种类型的套接字适合于大数据量的传输和可靠性要求较高的应用，比如传输大文件或视频流。在城市轨道交通信息传输系统中，可以根据具体的需求选择合适的套接字类型。例如，如果需要实时传输车辆位置和状态信息，可以使用数据报套接字来发送独立的数据包。而如果需要传输大量的车辆行驶数据或实时视频流，可以选择数据流套接字来保证数据的连续性和完整性。

3.2通信信号损耗分析程序设计

基于5G无线通信技术的城市轨道交通信息传输系统的通信信号损耗分析程序设计中，首先确定系统的基本参数，如发射功率、频率、天线增益、传输距离、环境衰减等，接着选择合适的路径损耗模型，以描述信号在传输过程中的衰减情况。通过发送机和接收机之间的距离为d，单位为km；系 统内部接收的电磁波为f，则受干扰通信信号损耗程序计算公式为：

Ploss（dB）=20lgf+18.6lgd+41.6 （1）

其中，d的单位Mhz，Ploss（dB）为路径损坏结果。除了通信信号路径损坏外，阴影衰落、快速衰竭、通 信信号线缆损耗也会影响通信质量，因此通信信号损耗分析计算公式为：

Pr[dB]=Pt[dB]+Gt[dB]+GT[dB]-Pl[dB]-a （2）

其中：Pr[dB]代表接收到的最小电平，在不同的传输 速率下，接收的灵敏度不同；Pr[dB]表示系统内部发射的 功率；Gt[dB]表示系统发射的通信天线增益；GT[dB]表示 系统接收的通信天线增益；Pl[dB]表示通信路径的信号损 耗值；a为其它损耗值。

需要注意的是，通信信号损耗分析程序设计中的具体实现方式会根据实际情况而有所不同。考虑到城市轨道交通的特点，可能还需要考虑复杂的地形、建筑物阻挡和车辆运动等因素。设计中还应该考虑到实时性和效率，以便对大规模城市轨道交通系统进行快速和准确的信号损耗分析。根据计算得到的信号强度和传输损耗，使用数据可视化工具（如图表或热力图）进行分析和展示。这样可以更直观地理解信号覆盖的情况，找到存在信号弱点的区域并进行优化。

结束语

综上所述，5G通信技术在城市轨道交通信息传输系统中逐渐趋于多功能化、高宽带化以及智能化，有效增强城市轨道交通通信的灵活性、时效性、全面性。因此，相关技术人员应当对着力于研发功能更加完善、更适合我国国情的无线通信技术，在目前现有的通信平台基础上，增加城市轨道交通信息传输系统的可靠性，提高运行安全。

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