趙志博

（中鐵建電氣化局集團南方公司，湖北 武漢 430000）

0 前言

目前，中國鐵路建設事業(yè)在科技力量的驅(qū)動下，逐漸迎來了全新的發(fā)展機遇與挑戰(zhàn)。結(jié)合當前的發(fā)展情況來看，以大數(shù)據(jù)技術以及云計算技術為主的先進技術已經(jīng)廣泛應用于鐵路建設事業(yè)當中，尤其是在高速鐵路建設體系當中。在上述技術的驅(qū)動下，智能化調(diào)度、監(jiān)控以及安全管理儼然成為當下高速鐵路的發(fā)展方向。2018 年由中國制造的智能高鐵在京沈高鐵路線正式試行，其中，以自動駕駛系統(tǒng)為主的智能系統(tǒng)被應用于高鐵建設體系當中?？梢哉f，無人駕駛將會成為未來高鐵行業(yè)的目標方向。在這樣的發(fā)展趨勢下，高鐵鐵路通信系統(tǒng)應該及時解決當前系統(tǒng)穩(wěn)定性差、承載效果不足的問題，為高鐵鐵路運行的安全性與穩(wěn)定性提供內(nèi)在驅(qū)動力。

1 高速鐵路通信系統(tǒng)的相關研究

1.1 高速鐵路通信系統(tǒng)

高速鐵路通信系統(tǒng)基本上可以將其視為高速鐵路運輸安全的可靠保證。運行過程中，該系統(tǒng)主要肩負保證高速鐵路列車行駛安全、管理安全的重要任務。根據(jù)當前情況來看，高速鐵路通信系統(tǒng)在通信樞紐方面存在距離較遠的問題，且通信基站服務布設范圍較廣，正常運行過程往往會受到不確定因素的影響，而出現(xiàn)風險隱患問題。因此，唯有優(yōu)化與改進高速鐵路通信系統(tǒng)才能夠從根本上實現(xiàn)對高速鐵路的安全管理。

1.2 發(fā)展現(xiàn)狀

高速鐵路列車具備的智能化特點與無人化特點對鐵路移動通信功能及作用效果具有直接影響?；诖?，高鐵通信系統(tǒng)必須結(jié)合高速鐵路的發(fā)展方向，加強對鐵路移動通信系統(tǒng)的可靠管理。近些年來，隨著高速鐵路的發(fā)展與建設，鐵路移動通信系統(tǒng)應該結(jié)合安全性原則與穩(wěn)定性原則，滿足高鐵發(fā)展的需求。結(jié)合國際發(fā)展情況來看，以GSM-R（綜合專用數(shù)字移動通信系統(tǒng)）為主的系統(tǒng)成為當前高鐵通信系統(tǒng)比較常見的類型。從運作效果來看，綜合專用數(shù)字移動通信系統(tǒng)基本實現(xiàn)了列車調(diào)度與監(jiān)控管理的功能要求，且在滿足旅客通信需求方面也比以往有了明顯加強。然而，隨著智能調(diào)度系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的不斷應用，傳統(tǒng)技術內(nèi)容已經(jīng)無法滿足當前高鐵通信系統(tǒng)的運作需求，尤其是數(shù)據(jù)傳輸需求。

主要體現(xiàn)在旅客在列車上的通信質(zhì)量不佳，無法實現(xiàn)視頻、語音通信等功能。近日，研究人員針對高鐵列車通信基站范圍及作用效果提出了多種方案措施，目的在于確保通信質(zhì)量與網(wǎng)絡連接之間始終呈現(xiàn)高效率關系。一般來說，通信系統(tǒng)需要每隔6 s 就自動切換一次，但是在切換的過程中，由于高鐵運行環(huán)境較為復雜，因此在穩(wěn)定性方面難以得到有效保證?？紤]到其他因素的影響，如4G 通信技術系統(tǒng)頻率較快，再加上受到多普勒效應的影響，很容易造成信號傳輸過程的錯位傳輸現(xiàn)象。雖然當前利用補償算法可以抑制上述不良現(xiàn)象，但是作用效果還是無法達到預期，因此在高鐵上如果想實現(xiàn)正常通話或者上網(wǎng)功能還是需要經(jīng)過一定的努力，才可以達到預期。

2 5G系統(tǒng)

2.1 基本內(nèi)容

5G 通信技術主要是指第五代移動通信技術，屬于一種延續(xù)4G 通信技術優(yōu)勢及特點的技術內(nèi)容[1]。5G 通信技術主要結(jié)合移動互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展進程作為5G 系統(tǒng)的內(nèi)在技術支持，基本上為云計算與后臺服務的優(yōu)化發(fā)展提供了潛在可能。相較于4G 通信技術，5G 通信技術在應用方面攻克了4G 通信技術的不足，具體表現(xiàn)在2 個方面。1）5G通信技術主動結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術優(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 技術而言，5G 通信技術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到常規(guī)狀態(tài)，解決以往4G技術運輸不穩(wěn)定問題。2）5G 通信技術解決了以往移動網(wǎng)絡基站覆蓋面不足的問題。正式傳輸過程中，5G 通信技術打破了傳統(tǒng)覆蓋范圍的局限問題，即便不在基站覆蓋范圍當中，也可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸過程。可以說，5G 通信技術的出現(xiàn)與應用，無疑彌補了4G 通信技術的不足，為未來社會生產(chǎn)的進一步發(fā)展提供內(nèi)在驅(qū)動力。

2.2 5G通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀發(fā)展

無線移動通信技術歷經(jīng)多代發(fā)展，已經(jīng)從原本的4G 通信技術過渡到5G 通信技術體系當中。早在2012 年，隨著第四代通信技術標準踐行之后，移動通信行業(yè)就已經(jīng)針對第五代通信技術開展了精細化研究與分析[2]。像三星、聯(lián)發(fā)科等眾多廠商都全力針對5G 通信技術芯片研究工作進行充分實踐。目前，國內(nèi)移動運營商、聯(lián)通運營商以及電信運營商紛紛在一線城市當中建設屬于自身的5G 網(wǎng)絡試點。

根據(jù)當前的情況來看，5G 網(wǎng)絡試點預計在明年就可以實現(xiàn)商用。相較于成熟并且廣泛應用的4G 通信系統(tǒng)，5G通信系統(tǒng)所具備的低成本、傳輸速率高等特點，更加適用于當前時代。如圖1 所示，5G 通信系統(tǒng)可以支持500 km/h的終端移動速度要求，這一舉措的出現(xiàn)與應用進一步促進了高鐵通信系統(tǒng)的發(fā)展進程，具有非常重要的意義。

3 5G環(huán)境下高速鐵路通信系統(tǒng)的應用分析

3.1 5G系統(tǒng)下高速鐵路智能管控系統(tǒng)的應用分析

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檢測。操作人員可以根據(jù)具體問題制定科學、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備的連接密度，確保列車運行過程安全無誤。

3.2 5G系統(tǒng)下乘客用網(wǎng)的應用分析

近些年來，隨著移動設備與移動網(wǎng)絡的規(guī)模化發(fā)展，移動設備在線視頻觀看頻率已經(jīng)超出傳統(tǒng)在線視頻觀看時長。目前，隨著移動視頻的普及應用，移動視頻清晰度已經(jīng)從原本的標清提升到高清，乃至當前的4K 超清。但是從當前的情況來看，現(xiàn)有的4G 系統(tǒng)難以滿足4K 超清的要求，且在帶寬穩(wěn)定性方面也難以達到規(guī)定要求。而5G 通信系統(tǒng)的出現(xiàn)與應用無疑是給4K 超清移動視頻提供了良好的技術支持。高鐵列車上的乘客可以運用5G 網(wǎng)絡觀看超高清視頻，實現(xiàn)通話、監(jiān)控等功能效果[3]。

3.3 5G系統(tǒng)下輔助式衛(wèi)星定位系統(tǒng)的應用分析

高鐵列車沿線地形特征較為復雜，經(jīng)常會遇到隧道、樹木等，給高鐵列車運行質(zhì)量帶來隱患。在這樣的發(fā)展情況下，衛(wèi)星信號反射過程容易受到高層建筑物或者樹木的影響而出現(xiàn)屏蔽現(xiàn)象。5G 通信系統(tǒng)的出現(xiàn)與應用，使得高鐵列車可以借助5G 網(wǎng)絡，獲取衛(wèi)星輔助數(shù)據(jù)，得到具體位置信息。

4 結(jié)論

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。根據(jù)當前的應用情況來看，5G 系統(tǒng)與Wi-Fi 技術的融合組網(wǎng)措施已經(jīng)得到良好運用，并且通過衛(wèi)星導航技術與5G 系統(tǒng)相結(jié)合的方式，初步改善了當前高速鐵路通信系統(tǒng)存在的運行質(zhì)量問題。雖然從客觀角度上來看，5G 高速鐵路通信系統(tǒng)尚未得到廣泛推行與使用，但是相信在不久的將來，高速鐵路通信系統(tǒng)在5G 環(huán)境下勢必會得到良好應用。

圖1 5G 的傳輸速度