5G技术在铁路通信工程中的应用

2022-09-21 16:44:47 来源:写作指导

随着我国现代科学技术的快速发展,5G 技术已经在商业领域中得到了广泛的应用,人类有了全新的技术改造世界。本文就 5G 技术在铁路通信工程中的运用做出分析,首先简要概述 5G 技术的概念,随后分析 5G的关键技术,最后就 5G 技术在铁路通信工程中的应用做出探究,以供参考。随着人们进入 5G 时代,传统宽带已经限制不了现代移动互联网技术,从根源上解决了大量终端接入能力以及时延的问题,充分发挥出再审智能学习、大数据以及智能感应等能力,并且将这些能力进行高度整合,最后形成了一个完善的服务体系。同时,随着我国铁路技术的发展,5G 技术也开始在铁路通信工程中得以应用,取得了良好的应用效果。若能够充分利用 5G 技术及其关键特征,现阶段铁路运输行业的需求必然能够被充分满足,形成安全也能够得到充分保障,提升运输效率。

一、5G 概述

5G 网络是一个真正具有传统意义上的融合性网络,这个整体性和融合统一的标准将为我们提供了人与人、物、事和地之间的高速、安全、自由连接,这种席卷而来的整体性和融合力也将随着移动通信技术应用领域逐步凸显 ;5G 无线通信技术的基本优势主要有 :高速度、泛在互联网、低功耗、小时延、万物互联和重构安全系统 ;5G 旨在解决智慧城市在高速率、低延迟通信、海量移动互联、智慧城市的建设等各方面的新一代技术问题,如果说 4G 改变了我们生活的话,那么5G 的到来将会彻底改变我们的经济社会,也就是说,这种新的技术改变,无论从广度还是深入得多,都比5G 要深刻得多 ;5G 不仅仅是一项新型技术,而且是由大批新型技术组织形成的一个整体,它们都会在 5G 的建设中得到不断的完善。图 1 为 5G 铁路通信设备。

二、5G 的关键技术

1. 超密集异构网络技术

为了将带宽做得很广阔,5G 采用的频率是 28ghz-4ghz 的频率,也就是毫米波。而且该类型的电子波基本上并无穿透性。如果无线通信都是采用毫米波的频率,意味着我们根本没办法直接穿透障碍物,所以需要我们使用到许多微型基站,做到紧密地部署。密集部署的网络将终端和节点之间的距离拉进来,使网络的功率和信号频谱效果得到了极大地改善。异构是指不同结构之间的意义。5G 网络的设计需要通过一些措施来保证系统的性能,主要包括不同的业务在互联网中的实现,各个节点之间的相互协调解决方案,网络类型的选择以及相关节能资源配置的方法。这种将多个网络组织成一个体系并形成某一个体系的技术叫超密集异构。

2. 边缘计算技术

边缘计算技术作为一种新型的部署解决方案,一方面是通过把小型的数据中心或者那些具有缓存计算处理功能的网络节点直接部署在网络的边缘,与移动设备、传感器和用户之间紧密地相连,减少了核心网络的负载,降低了数据传送的时延。比如,在目前的车联网中,业务控制和数据传递的实时性需求很高,如果企业的数据分析和控制的逻辑都是集中在比较远的云端去完成,难以满足企业业务的实时性 ;另一方面,边缘计算系统也可以为用户提供流量的卸载,而且移动终端则可以依靠应用时延的容忍度、自己的处理能力和所使用的能耗来判断用户是否需要流量的卸载。通过对流量的卸载,计算密集型和时延灵敏度类型的应用,它们都可以放置在边缘计算的平台上进行处理 ;在时间延迟和回程链路的负载条件允许的环境下,计算密集型的应用系统就可以进一步地卸载并安装到核心网络上,从而获得了更充裕、强大的计算资源。

三、5G 技术在铁路通信工程中的运用分析

1. 更加完备的铁路移动通信系统

现有铁路采用数字化的移动通信系统(GSM-R),虽然可以直接实现调度通信、列尾设备的信息传递、无线机车信号和调站监控信息的传输、机车同步运行信息的传输、列车控制数据的传输、区间移动公务通信、应急指挥的移动通讯话音和数据业务、旅客列车移动通讯服务等多种信息传递功能。但是,现有的 GSM-R系统主要为乘客提供语音通信和数据通讯业务,且从移动终端到基站的数据传输速率较低,不能满足日益增长的中国高速铁路通讯数据传输需求 ;随着中国铁路的大发展,特别是高速铁路和客运专线铁路的安全、快捷、高效率的运行管理模式已经对铁路通讯网络的建立提出了愈来愈高的技术要求,未来铁路移动通信网中移动终端的数量将成倍数增长 ;且随着智能调度的推出以及视频监控在列车运行控制系统中的大量应用,铁路移动通信系统需要传输大量的视频和图像信息。5G 无线通信系统的全双工技术、超密集异构技术,以及在 GSM-R 系统中采用移动软交换等技术,能够满足未来不断涌现的新功能、新业务和应用场景需求,保证铁路行车安全,提高运营效力。

2. 更加高效的车—车通信机制

列车自动驾驶系统中,两列正在运行的列车车辆之间的信息交互,如果仍然只能够采用“车-地-车-车”的通讯网络链路,存在着所配置的设备数量多、系统接口和网络结构复杂、列车运行对中心装置的设施依赖大等诸多缺点。更高层次的列车自动驾驶监控系统不仅仅是一个车辆与地面基础装置之间的通讯,也包含了车辆和其他车辆之间的联络。这些通讯连接都需要一个能够承载很小的时延和高度可靠的车辆控制指令,而这些控制指令对安全的驾驶来说极为重要。虽然这些指令一般不需要很大的带宽,但是在汽车之间或者机械设备之间的情况下,较高的数据传输效率仍然十分必要。另外,当支撑高速汽车的移动性,无人驾驶者参与时,控制装置必须能够具备充分覆盖的条件。5G 技术的低时延特性,必将使铁路列车自动驾驶技术实现再一次飞跃,大大提高运营效率,降低运营成本。

3. 更加可靠的铁路应急通信网络

建设安全可靠、迅速快捷、机动灵活的铁路应急通信网,是确保铁路应急运输和铁路抢修预防指挥联系的重要措施。在各种紧急状态下,可靠的无线通信网络对于突发事件的救援十分重要,并且即便在各种突发事故中,局部无线网络已经遭到了损害,这个要求也绝对不能被放宽。5G 无线通信系统中,临时的救援无线通信节点已经被广泛地用来作为辅助受损网络,用户的终端还已经能够同时承载起中继功能,帮助其他终端技术仍然是具有无线通信技术支持能力的网络节点 ;5G 技术的高可用性和低节约资源效率恰恰适合未来的应急通讯网主的需求 ;5G 无线通信技术结合北斗导航定位系统,能够使铁路应急通信系统的功能更加完备。

4. 更加完善的旅客通信服务

火车站作为典型的大客流密集型场所,通过建设5G 车站,可以满足铁路在火车站大客流情况下对旅客高速上网、高清视频通信等的需要 ;而且乘客们在高速运行的铁路列车上,仍然更加期待自己能够做到像是在家里一样更好地使用互联网,例如,观看高清的视频,玩游戏,或者遥控接入到办公云和虚拟现实的会议。而当列车处于高速运行中时,在其用户体验不明显下降的情况下,较好地满足以上要求将被认为是一项具有挑战性的任务。高速列车上通信最重要的两个指标是用户速率和端到端时延。5G 无线通信系统较好的指标可以确保高带宽、低时延的需求,给旅客完美的旅途体验。

5. 构建铁路智能通信网

铁路智能通信网必须能够快速地响应供给或者使用的变化,避免可能的大规模系统故障,并对运输系统产生重大影响。例如,铁路供电系统发生停电事故可能是由接触网系统故障引起,而这些故障可能是由于不可预测的事件造成的,这种情况下,要避免停电则需要必要的反应能力,并采取相应的措施。监视和控制系统以及无线通信解决方案,对远程保护发挥着重要的作用。及时、高可靠的重要信息交换是保证迅速做出响应的关键因素。5G 技术的高频率资源,实现万物互联,为智能通信网的构建创造了条件。

四、结语

5G 技术最突出的优势在于能够展现多项技术的优势,促使这些问题得到高效地处理,这对于我国的铁路运输和通讯来说,十分合宜。5G 通信技术的发展和运输网络在铁路通讯系统中的广泛应用,将会给各种车载运输系统和铁路运营和管理等众多网络系统,提供了高可靠、低功耗和时延性的无线通信载体,有效地提升传输效率,增强系统的可靠性和稳定性,使系统运行更加安全。

作者:林海 单位:中铁十七局集团电气化工程有限公司