陳文景

（南寧軌道交通運(yùn)營(yíng)有限公司，廣西 南寧 530000）

現(xiàn)代化城市建設(shè)離不開交通運(yùn)輸行業(yè)的支持，地鐵作為公共交通運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵工具之一，憑借自身高效、安全穩(wěn)定等特點(diǎn)，在行業(yè)中占據(jù)有利地位。經(jīng)過中國(guó)城市軌道交通部門的數(shù)據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，截至2023 年底，我國(guó)已經(jīng)有59 個(gè)城市開通城市軌道交通，運(yùn)營(yíng)線路總計(jì)11232.65 公里，其中地鐵運(yùn)營(yíng)線路占據(jù)70%左右，所以地鐵逐漸成為多個(gè)發(fā)達(dá)城市重點(diǎn)公共交通工具，吸引更多人群乘坐?？偟膩碚f，作為承擔(dān)地鐵調(diào)度和控制運(yùn)行通道的核心，地鐵無線專用系統(tǒng)在其中占據(jù)主導(dǎo)地位，目的是保障地鐵運(yùn)行安全穩(wěn)定，為廣大群眾提供優(yōu)質(zhì)的地鐵服務(wù)。

1 5G 技術(shù)的特點(diǎn)

和4G 技術(shù)相比，5G 技術(shù)是在其基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新與升級(jí)，實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行，保障傳輸質(zhì)量穩(wěn)定[1]。具體來說，5G 技術(shù)具有高效、安全、傳輸效率快等優(yōu)勢(shì)，使網(wǎng)絡(luò)速度不斷呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，給乘客帶來豐富體驗(yàn)，長(zhǎng)期如此便會(huì)對(duì)其產(chǎn)生強(qiáng)烈依賴。針對(duì)VR 和超高清業(yè)務(wù)處理時(shí)，網(wǎng)絡(luò)在5G 技術(shù)的全面支持下，不再受到空間和時(shí)間的固定要素限制，而是在業(yè)務(wù)處理中發(fā)揮作用，日益提高運(yùn)行效率，在短時(shí)間內(nèi)完成傳輸任務(wù)。綜上所述，5G 技術(shù)的特點(diǎn)是以高效、效率高為主。根據(jù)技術(shù)人員的檢測(cè)可以了解到，5G 基站峰值的設(shè)置要求不能低于50Gb/s，而這個(gè)速度是5G 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行的最佳峰值速度，并不是所有用戶都能體驗(yàn)得到的[2]。隨著技術(shù)逐步成熟，在互聯(lián)網(wǎng)背景下，越來越多的新技術(shù)在此環(huán)境下有了很大進(jìn)展，而這一速度的支撐同樣也會(huì)為其創(chuàng)造諸多發(fā)展空間，隨后能夠有效體現(xiàn)出泛在網(wǎng)特點(diǎn)。在業(yè)務(wù)持續(xù)擴(kuò)大與發(fā)展中，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)涉及范疇也在逐步擴(kuò)大，產(chǎn)生許多新業(yè)務(wù)，同樣在相關(guān)行業(yè)中實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用。因此，只有在大環(huán)境下發(fā)展，才能向各大行業(yè)提供豐富業(yè)務(wù)，還有可能在復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)有效運(yùn)用。簡(jiǎn)單來說，泛在網(wǎng)包含兩層含義，分別為廣泛覆蓋和縱深覆蓋。廣泛覆蓋即指在社會(huì)各個(gè)層面以及區(qū)域?qū)崿F(xiàn)全方位覆蓋，如果覆蓋區(qū)域具備5G 技術(shù)的支持，則應(yīng)立即組織技術(shù)人員在指定范圍內(nèi)大力安裝智能傳感器，同時(shí)也要認(rèn)真做好環(huán)境和空氣質(zhì)量檢測(cè)，真正在應(yīng)用中彰顯其價(jià)值，突出重要性。縱深覆蓋即指在生活中盡管已經(jīng)具備網(wǎng)絡(luò)部署條件，但仍然需要在磁能基礎(chǔ)上加以拓展延伸，盡可能深層挖掘優(yōu)質(zhì)的覆蓋區(qū)域，潛移默化地?cái)U(kuò)大覆蓋規(guī)模，使整體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)覆蓋穩(wěn)定性有所保障?，F(xiàn)如今，4G 技術(shù)已經(jīng)得到了全面普及與推廣，而5G 技術(shù)的涌入，讓以往網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量以及使用效果急劇下滑。反之，一些區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不佳則會(huì)有所好轉(zhuǎn)。從特殊角度來看，泛在網(wǎng)比高速度顯得重要許多，只是在少數(shù)地區(qū)實(shí)現(xiàn)了針對(duì)性覆蓋，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)效率逐步提升，但這一行為并非能夠?yàn)閺V大群眾或全國(guó)地區(qū)提供優(yōu)質(zhì)的5G 服務(wù)，在體驗(yàn)方面依舊存在相應(yīng)影響。泛在網(wǎng)是5G 體驗(yàn)的基本保障。深入來講，具體是指低功耗特點(diǎn)，5G 技術(shù)的應(yīng)用需要強(qiáng)大的物聯(lián)網(wǎng)支持，這便要對(duì)功耗提出極高的要求，尤其是在通信系統(tǒng)中容易消耗很多成本和資源，所以，從實(shí)際角度來看，這一舉措很難吸引廣泛群眾對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的過多關(guān)注，還需在接受方面繼續(xù)加大努力[3]。總的來說，在5G 技術(shù)中，低功耗本身是一種特點(diǎn)。除了涉及以上特點(diǎn)之外，低時(shí)延同樣是5G 技術(shù)中的一個(gè)獨(dú)特核心點(diǎn)。5G 的代表性應(yīng)用場(chǎng)景是在無人駕駛、工業(yè)自動(dòng)化中能夠穩(wěn)定連接，尤其是在人們相互溝通的過程中，140 毫秒時(shí)延容易讓人接受。雖然如此，如果這個(gè)時(shí)延在無人駕駛、工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用不能達(dá)到使用要求，甚至還會(huì)造成極大影響。所以，5G 的時(shí)延最低必須控制在1 毫秒，還有可能出現(xiàn)最低毫秒差值，這樣才能真正滿足無人駕駛、工業(yè)自動(dòng)化的應(yīng)用條件，對(duì)其廣泛應(yīng)用做出進(jìn)一步努力。

2 現(xiàn)行地鐵無線專網(wǎng)概述

無線專網(wǎng)也被稱為無線專用網(wǎng)絡(luò)，在地鐵中實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用。從深層次角度來看，其主要分為三個(gè)發(fā)展階段：第一，20 世紀(jì)末期初步研發(fā)模擬語音通信系統(tǒng)；第二，2000 年前后時(shí)期的數(shù)字集群通信；第三，2012年首次在地鐵無線專網(wǎng)中有了初次應(yīng)用，這一技術(shù)代表為長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)，也被叫作4G。

2.1 無線專網(wǎng)業(yè)務(wù)

無線專網(wǎng)即指通過移動(dòng)終端和車-地之間的通信業(yè)務(wù)，這種業(yè)務(wù)涵蓋專用調(diào)度無線通信系統(tǒng)、基于通信之間的列車控制系統(tǒng)、車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)和乘客信息管理系統(tǒng)等。

1.專用調(diào)度無線通信系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的應(yīng)用是為了給廣大地鐵運(yùn)營(yíng)人員提供專用的通信資源，比如多樣化語音和數(shù)據(jù)等。

2.車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)。這一系統(tǒng)主要是將駕駛室、車廂等核心區(qū)域所呈現(xiàn)出的實(shí)時(shí)場(chǎng)景畫面?zhèn)鬏數(shù)降孛婵刂浦行囊约暗罔F公安部門，確保列車行駛穩(wěn)定，實(shí)時(shí)了解具體的運(yùn)行情況。

3.乘客信息管理系統(tǒng)。這一系統(tǒng)即通過多媒體搭建一體化運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，其中涉及咨詢發(fā)布、播控和管理等功能，為乘客提供優(yōu)質(zhì)的多媒體功能，實(shí)時(shí)了解多種信息，或者是在突發(fā)情況下立即提供緊急營(yíng)救功能，在短時(shí)間內(nèi)疏散群體，保障乘客和人員的生命財(cái)產(chǎn)安全[4]。

2.2 無線專網(wǎng)業(yè)務(wù)遇到的挑戰(zhàn)

現(xiàn)如今，由于地鐵無線專網(wǎng)傳輸效率受到很大限制，主要集中在以下幾個(gè)頻段：

1.800MHz。這種主要通過專用調(diào)度附加無線通信系統(tǒng)，但因條件限制明顯，無法借助大寬度實(shí)時(shí)傳輸列車運(yùn)行中所產(chǎn)生的重要數(shù)據(jù)。

2.1.8GHz。這一頻段只能采用80MHz 的專用寬帶。比如以某城市的地鐵5 號(hào)線為例，在某一年間開展針對(duì)性綜合承載測(cè)試中，盡管根據(jù)最佳A 網(wǎng)+B 網(wǎng)綜合承載所提供的方案，但也只能達(dá)到目前現(xiàn)有各種系統(tǒng)以及少量車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的業(yè)務(wù)傳輸要求，在其他方面始終存在不足。

3 5G 技術(shù)在地鐵無線專網(wǎng)中的應(yīng)用

3.1 在場(chǎng)站中的應(yīng)用

5G 技術(shù)與4G 技術(shù)相比，在毫米波頻段中的應(yīng)用會(huì)存在些許不足，容易促使在同步發(fā)射功率范圍下產(chǎn)生大幅度下滑現(xiàn)象，而其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)是在原有基礎(chǔ)上不斷提高，擁有極高的傳輸速度和頻率，并且具備微型天線。不僅如此，其中包含MassiveMIMO 在不同類型5G 技術(shù)的應(yīng)用，以至于單點(diǎn)接入設(shè)備數(shù)量實(shí)現(xiàn)直線上升。總的來說，5G 技術(shù)一般在車站、樞紐站、車輛段等方面發(fā)揮很大作用，特別是針對(duì)封閉空間來說有著絕對(duì)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，可以為車站智能化等全新應(yīng)用場(chǎng)地部署智能化物聯(lián)網(wǎng)接入點(diǎn)，方便相關(guān)部門實(shí)時(shí)了解列車行駛速度和穩(wěn)定性，對(duì)其提供真實(shí)的數(shù)據(jù)支持。

3.2 5G 信息通信規(guī)范

運(yùn)營(yíng)商根據(jù)MaaP 網(wǎng)元將5G 消息能力向企業(yè)側(cè)提供開放性服務(wù)，不斷地給他們?cè)谠邪l(fā)展基礎(chǔ)上增加業(yè)務(wù)開通碼、消息收發(fā)等新型服務(wù)功能。企業(yè)側(cè)通過人工智能溝通機(jī)器人直接進(jìn)入MaaP。5G 消息中心為MaaP 提供新型服務(wù)功能，其中以接入和消息能力為主，在終端內(nèi)實(shí)現(xiàn)左右滑動(dòng)觀看[5]。其中每張卡片包含多元化消息元素：（1）統(tǒng)一資源定位符；多媒體諸多素材，如卡片、音頻、視頻等，經(jīng)常在消息中心以URL形式呈現(xiàn)。（2）名稱：卡片主體、文本等。（3）描述：卡片內(nèi)容、文本。

3.3 創(chuàng)新賦能

和以前的地鐵工程對(duì)比發(fā)現(xiàn)，這次地鐵工程的覆蓋方式、安裝技術(shù)、割接流程和相關(guān)輔助手段等有了全新賦能，主要是在以往基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新優(yōu)化實(shí)現(xiàn)。覆蓋方式：2 號(hào)線使用3.5G8T8R+兩面四端口隧道貼壁天線，其中配置兩個(gè)4T4R 邏輯小區(qū)，并且在此基礎(chǔ)上不斷進(jìn)行單頻網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，保證4T4R 覆蓋效果達(dá)到預(yù)期。部署方式具有成本不高、安裝效率比較快等優(yōu)勢(shì)，這種覆蓋方式與傳統(tǒng)技術(shù)相比比較占據(jù)優(yōu)勢(shì)，其在日常運(yùn)用過程中能夠展現(xiàn)出簡(jiǎn)化施工流程、解決方案問題、難度不高等特點(diǎn)，及時(shí)節(jié)省許多設(shè)備、施工等方面的成本支出，縮短施工期限。此外，這種覆蓋方式在隧道內(nèi)部應(yīng)用時(shí)，有利于內(nèi)部5G 網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量高效，完全符合覆蓋要求。

3.4 在隧道內(nèi)實(shí)現(xiàn)信號(hào)覆蓋

當(dāng)?shù)罔F工程正式投入使用時(shí)，無線信號(hào)一般在隧道內(nèi)部采用敷設(shè)漏纜的方式最大化保證信號(hào)實(shí)現(xiàn)全面覆蓋，比如在隧道內(nèi)每隔800m～1000m 布設(shè)一臺(tái)高智能射頻拉遠(yuǎn)單元定期發(fā)射射頻信號(hào)。如果5G 技術(shù)運(yùn)用高頻信號(hào)遇到障礙物時(shí)，地面表層會(huì)通過鏡面地面發(fā)射信號(hào)，這一操作與光信號(hào)在光纖中傳播方式比較相似；當(dāng)射頻信號(hào)頻率比較高時(shí)，則會(huì)在同一軸線線纜導(dǎo)體之間利用全反射的方式實(shí)現(xiàn)高效傳播，因此行業(yè)人員將其稱為“波導(dǎo)效應(yīng)”。波導(dǎo)效應(yīng)有助于非波導(dǎo)方向所產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度在短時(shí)間內(nèi)迅速減弱，所以5G 高頻信號(hào)無法利用漏纜的方式確保隧道內(nèi)部的所有信號(hào)實(shí)現(xiàn)全面覆蓋，反而是利用定向天線的方式在其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)全面覆蓋。值得注意的是，我國(guó)當(dāng)前在地鐵工程中使用5.8GHz 頻率時(shí)，一般在隧道內(nèi)每隔400m～500m 布置基站，一旦5G 技術(shù)使用高頻信號(hào)，必然會(huì)對(duì)基站間距產(chǎn)生影響，不斷縮短它們之間的間距。

3.5 提高移動(dòng)寬帶，增加視頻業(yè)務(wù)

5G 時(shí)代的來臨使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行速度日益加快，這也是4G 網(wǎng)絡(luò)無法比較的，現(xiàn)如今，我國(guó)用戶的平均體驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)速率已經(jīng)高達(dá)1Gbps，完全符合超高清視頻傳輸要求，大幅度提高傳輸效率。目前來看，5G 技術(shù)的應(yīng)用不斷拓展大寬帶的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)業(yè)務(wù)，比如增加移動(dòng)服務(wù)功能，在城軌超高清視頻等方面實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)用。所以，5G 的廣泛運(yùn)用不單單能夠推進(jìn)城軌車輛視頻業(yè)務(wù)有了更大規(guī)模的改革，還能在原有業(yè)務(wù)基礎(chǔ)上增添新的多功能業(yè)務(wù)，比如超高清視頻的增加，可有效滿足更多用戶對(duì)視頻瀏覽的需求。由于其本身傳輸儲(chǔ)存空間巨大，而5G 技術(shù)的出現(xiàn)有助于促進(jìn)高清視頻在城軌視頻業(yè)務(wù)方面的新突破，從而迎來全新的發(fā)展機(jī)遇。

3.6 無線技術(shù)的應(yīng)用

通常情況下，城軌專用無線網(wǎng)絡(luò)是為了保證車地之間的各種信息數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)能夠?qū)崿F(xiàn)高平穩(wěn)運(yùn)行，由于這些技術(shù)形式復(fù)雜多樣，比較常見的有TETRA、WLAN、LTE-M、EUHT 等技術(shù)，這些技術(shù)始終處于共同運(yùn)行的狀態(tài)。但從實(shí)際角度來說，雖然他們各自有著很大優(yōu)勢(shì)，其中也會(huì)存在些許不足，比如單獨(dú)組網(wǎng)容易受到很大限制，不能很好地滿足城軌綜合承載需求，所以一般在使用這些技術(shù)時(shí)，為了發(fā)揮最大化應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，經(jīng)常將它們采用多網(wǎng)組合應(yīng)用，有利于城軌運(yùn)行更加安全可靠，防止故障發(fā)生。由此得知，5G 技術(shù)在地鐵無線專網(wǎng)中的應(yīng)用，不僅能夠有效滿足城市軌道交通業(yè)務(wù)硬性需求，還能突出高效穩(wěn)定性與可靠性，因此，5G 技術(shù)的出現(xiàn)不可估量，包攬大量的城市軌道業(yè)務(wù)，進(jìn)一步拓展服務(wù)范圍，真正滿足用戶個(gè)性化需求。

3.7 機(jī)房與辦公區(qū)域的覆蓋功能

地鐵現(xiàn)場(chǎng)中的機(jī)房以及辦公區(qū)域本質(zhì)上包含車站管理房、設(shè)備機(jī)房以及商業(yè)區(qū)等多樣化類型。具體來說，在機(jī)房和辦公區(qū)域所涉及的所有業(yè)務(wù)中，大多數(shù)密度比較偏低，特別是與普通房間相比，認(rèn)為這一觀點(diǎn)存在本質(zhì)性錯(cuò)誤，如果稍有不注意，很難發(fā)現(xiàn)內(nèi)部隱藏不足。當(dāng)正式開展工作時(shí)，一般選擇運(yùn)用無源分布方案，但在具體進(jìn)行時(shí)則會(huì)更換為全新的無源分布系統(tǒng)，或者是當(dāng)前所使用的系統(tǒng)需要進(jìn)一步升級(jí)改造，對(duì)其不斷加強(qiáng)，使原本不支持3.5GHz 頻段的無源設(shè)備實(shí)現(xiàn)了定期更換，促使5G 信號(hào)源與無源分布系統(tǒng)呈現(xiàn)出一體化運(yùn)行模式，而這種方案的制定與推進(jìn)無需花費(fèi)許多成本即可完成工作。另一種方案是讓機(jī)房與辦公區(qū)以及站臺(tái)站廳部分方案有效融合，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)條件以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使辦公區(qū)域成為地鐵場(chǎng)景的站臺(tái)站廳延伸部分，需按照數(shù)字化分布系統(tǒng)方案執(zhí)行，通過這種模式的大力實(shí)施，突出其價(jià)值與優(yōu)勢(shì)。

綜上所述，5G 技術(shù)已經(jīng)成為新時(shí)代科研技術(shù)的產(chǎn)物代表，在地鐵無線專網(wǎng)中發(fā)揮著重要作用。為了讓5G 技術(shù)更加適應(yīng)多個(gè)特殊環(huán)境，還需對(duì)其加以升級(jí)優(yōu)化，爭(zhēng)取在最短時(shí)間內(nèi)擴(kuò)大應(yīng)用規(guī)模，為地鐵企業(yè)創(chuàng)造最大化效益。在具體應(yīng)用過程中，應(yīng)組織技術(shù)人員全方位觀察地鐵工程的特點(diǎn)，考慮實(shí)際的建設(shè)需求，通過完善的工程措施推進(jìn)5G 技術(shù)在地鐵內(nèi)部建立動(dòng)態(tài)寬帶，使地鐵通信系統(tǒng)運(yùn)行更加流暢、高效，不斷提高數(shù)據(jù)傳輸效率，強(qiáng)化地鐵運(yùn)行水平。由于地鐵通信系統(tǒng)是由多個(gè)子系統(tǒng)組成，在業(yè)務(wù)劃分中必須注重針對(duì)性，根據(jù)不同頻道傳播頻率和傳播形式選擇相應(yīng)的無線專網(wǎng)類型，這樣才能保證傳輸過程中數(shù)據(jù)完整真實(shí)，進(jìn)而提高其利用率。