【《5G通信在城市轨道交通上的应用研究》8600字】

第第页共14页5G通信在城市轨道交通上的应用研究摘要随着社会的快速发展，我国的科学技术进入新的发展阶段，对社会各领域的有效发展起着越来越重要的作用。目前，基于科学技术发展的5G通信技术的总体发展水平有了很大提高。5G通信技术给广大人民群众的生产生活带来极大便利，我们生活中运用的更广泛。如今，5G技术更是运用到城市轨道交通之中。与此同时，城市轨道交通也逐渐趋于安全、可靠、方便，这便需要5G通信在城市轨道交通中的应用能够深入达到新的标准。本文首先对于5G通信技术的发展特点进行了阐述，其次研究了5G通信的核心技术，再次探讨了5G通信在城市轨道交通方面的应用，最后探究了5G通信在城市轨道交通中的不足之处以及5G通信面临的挑战和发展趋势。关键词5G通信城市轨道交通应用目录TOC\o"1-2"\h\z\u1引言 125G通信 12.15G通信的发展 12.25G通信的特点 32.35G通信的核心技术 435G通信在轨道交通上的应用 73.1列车的高效安全出行 73.2智能出行的便利服务 73.3城市轨道交通设备的维护 83.4强化列车应急防灾急救功能 83.5优化列车之间的绿色通信 845G通信在城市轨道交通中存在的不足 84.15G通信技术应用不全面 84.25G通信技术发展不完善 955G通信面临的挑战和发展趋势 95.1面临的挑战 95.2发展趋势 10结论 12参考文献 141引言4G改变生活，5G改变社会。人类从“见字如面”进入到“万物互联”的社会。5G满足了人与物、物与物之间的通信，开启了智能引领、人机交互、万物互联的新时代。随着社会经济的发展，城市轨道交通逐渐占据交通市场，轨道交通大力发展人们逐渐依赖于轨道交通。而在城市轨道交通中，由于列车运行速度过快，并且大多运行在地下或者高大的建筑物之下存在通信不稳定、通信安全水平低下等问题，所以怎么保证城轨交通的安全运营，提高城客运服务水平，是一个亟待解决的问题。5G基于4G网络技术，它逐渐取代了基于WLAN的地面通讯系统。5G通信技术在人们的生活、工作中得到了广泛的应用，5G技术在城市轨道交通上的应用也越来越全面，从而使人们可以获得更多优质的服务，足不出户就可以了解出行信息。所以，为了保证我国城市轨道交通行业的快速、稳定发展，必须要应用5G通信技术，更好的保障城市轨道交通的安全性及稳定性。据业内统计，城轨交通以铁道为主，城人口流量最大。轨交路线建设时间长，行车性能一直处于世界领先水平。随着数字化的发展，对城轨交通的可控性，稳定性和可扩展性提出了越来越高的要求。5G已成为国家重点发展战略领域，2019年进入快速发展阶段，5G不是单一的无线接入技术，也不是少数新兴的无线接入技术。它是各种无线接入技术与现有无线接入技术集成解决方案的总称。下一代移动网络（NGMN）联盟给出的定义是：5G是一个端到端的生态系统，它将构建一个完全移动和完全互联的社会。25G通信2.15G通信的发展5G通讯是基于4G的移动通讯技术。它是新时代发展的产物。5G技术的不断发展和进步给大多数用户带来了巨大的利益，他们间的信息传递奠定了坚实的基础。5G技术综合运用了各种技术，在一定程度上增强了系统的效率，也提升了处理效率，信息资源的能力满足了市场的需求，满足了公众的需求，在一定程度上推进了新的科技革命。随着我国通信技术的不断发展，发展与进步，虽然目前5G通信技术还没有大范围投入使用，但其在人们生活中的应用却与4G通信技术相提并论，不仅有平板电脑和手机，还有很多便携式设备。而且，信息的传输速度得到了很大的提高，5G通信技术也得到了发展，这是通信技术的革命。目前，5G技术已被视为各个国家和地区之间的竞争。仅仅是通信领域，也有对长期经济发展没有力量的国家。我们想利用5G的高科技产业促进国民经济的发展，脱离谷底。5G技术被许多国家寄予厚望，这也是一个通过数字化改革的契机，近年来的技术发展状况如表1所示。表1相关国家5G技术发展情况国家5G通信战略规划2018年进程2019年进程中国积极布局5G战略体系（2013年成立ITM——2020推进小组）外场测试预商用美国、加拿大率先商用，抢占先机（预）商用毫米波商用毫米波日本、韩国平昌冬奥会、日本奥运会契机，加快商用冬奥路演商用英国加快实验，不能掉队外场测试预商用我们可以看出，每个国家都不想在这场科技的战争中失去自己的领地，而我国三大运营商在5G技术上发展也很迅速，发展情况如表2所示。

表2三大运营商5G发展情况运营商时间5G发展规划试点城市中国联通2019—20202019年预商用，2020年正式启用商用北京、深圳、武汉、杭州、贵阳、青岛、天津、南京、沈阳、郑州、福州、成都20185G规模试验，在12个城市进行试点测试，成立5G创新中心，包含10个创新合作中心，5个战略合作中心中国移动2019—20202019年测试商用，2020年5G正式面向市场北京、杭州、深圳、雄安、重庆、南宁、兰州、南昌、天津、沈阳、成都、郑州、福州201817个城市开始5G规模试验，形成5G业务应用场景，完成14个5G联创中心，3个垂直领域科研中国电信2019—20202019年完成5G测试商用，2020年实现重点城市商用北京、上海、深圳、武汉、杭州、重庆、雄安、苏州、兰州、2018在6个城市开通5G试点福州、成都可以看出：我国5G技术处于全世界领先水平，2019年是中国5G技术职能手机的元年，按照目前的形式发展，到2025年中国5G手机用户会达到4.3亿左右，在5G智能手机数量上，中国使用量会在世界上名列前茅。2.25G通信的特点2.2.1拓展性5G通信信息技术能有效融合2G，3G和4G通讯技术，为人们提供更加多样化的体验和应用功能。据相关研究资料显示，5G通讯技术的覆盖范围是4G通讯技术的十倍左右，其信号非常稳定，能保证不同地区人们之间的通信更加便捷。随着5G通讯设备的不断创新和改革，5G通信频谱领取了极大的提高。因此，5G通讯技术能在未来的发展过程中创造更高质量的通信环境，促进社会文明的发展进步。2.2.2可靠性通信技术的吞吐能力可以满足新时代公众的多样化需求。它是衡量通信技术水平的重要标准，也是衡量5G通信技术能否真正为人民服务的关键。5G通信技术在减少用户推迟的一起，为人们创造了更好的体验。2.35G通信的核心技术2.3.1新型多天线传输技术（MassiveMIMO）MassiveMIMO技术是经由波束成形技术和大规模天线阵列向每个用户分配专用电磁波。MIMO系统是在基站侧使用多个天线发送数据，在终端侧使用多个天线同时接收数据。天线长度=波长x1/10～波长x1/4。天线的长度与波长成正比，大约是波长的1/10～1/4。5G时代进入毫米波，天线变成毫米级。天线内置在手机里，甚至可以同时内置很多根天线，出现基站天线“阵”的形式来实现大规模多天线传输数据。目前，5G主要采用64x64MIMO，如图1所示。与传统通信方式比较，MassiveMIMO可以在相同的频段资源上服务更多用户从而提升频段使用效率。图164x64MIMO2.3.2超密集异构网络5G时代，移动数据增长迅速，规模巨大，网络异构，密集。超密集异构网络是改善5G脉网络覆盖和数据流量的关键技术。5G超密集异构网络主要采用微基站，微基站和宏碁站，微基站两种模式。这样，组网能有效地提升网络覆盖率和效率，有效地分流业务，使网络部署更加高效灵活，覆盖范围如图2所示。在微，微基站网络部署中，基站覆盖的小区半径减小，低功耗节点数量增加，各种无线网络节点是现有基站的10倍以上。在宏基站的覆盖区域内，基站之间的距离保持最小，在10m范围内，每1km可为25000个用户提供服务，甚至用户与服务节点之间会有一对一的对应关系，即用户与站点的比例可以达到10％，1：1．网络的超密集部署使得终端和节点之间的距离越来越近，提高了网络的功率和频谱利用率，增强了不接入技术和覆盖水平下业务的灵活性。图2超密集组网覆盖图2.3.3移动边缘计算移动边缘计算使5G网络不同于传统的4G网络。移动边缘计算技术是在终端端附近提供信息技术服务环境和云计算能力的技术。移动边缘计算将计算，储存等内容从网络中心延伸到网络边缘，如图3所示，如果把云计算看作成人脑，这么移动边缘计算就能看作人类的小脑。移动边缘计算应用于边缘，管理应用于云，是一种独立的怎么算。它将传输的内容分发到靠近最终用户端的服务器上，使得应用程序，服务和内容得以分发。这种模式可以更好地支持高延迟和高带宽需求的业务场景。它贴近用户，在边缘节点实现了对短周期数据的实时过滤和分析，缩短了设备的响应时间，减少了从设备到云端的数据流。移动边缘计算具有泄压，延时小，效率高，节能等特点。目前广泛应用于汽车互联网，智能制造，智慧城市等垂直领域。图3移动边缘计算技术2.3.4D2D通信D2D是Device-to-Device，也称为终端直通。如图4所示，D2D通信技术是两个点之间的直接通信。在由D2D通信用户构成的分布式网络中，各用户节点具有发送信号、接收信号、自动路由（传送消息）功能。网络参与者共享若干硬件资源，包括信息处理、存储和网络连接。这些共享资源向网络提供服务和资源，其他用户可以直接访问而不需要中间实体。在D2D通信网络中，用户节点同时扮演服务器和客户端的角色。用户可以实现彼此的存在并形成虚拟或真实组。在这项技术的应用中，用户通过D2D进行通信，避免了使用蜂窝无线通信，因此不使用频段资源。另外，接入的用户设备可以共享蜂窝网络的资源，提高资源利用率，传统的通信网络需要进行基础设施建设等，这对设备损耗要求很高或影响到整个通信系统。D2D的引入使网络更加稳定和灵活。传统网络可以在D2D的帮助下扩展业务图4D2D通信技术2.3.5多无线接入技术融合多种无线接入技术的融合是实现5G的关键技术。5G网是由许多不同的无线通讯技术构成的网络形式。MRAT通过集中式无线网控制实现了融合。MRAT融合技术主要包括四个方面。多标准连接技术、智能接入控制和管理、MRAT无线资源管理和合同信令优化。多模连接技术在同一终端上同时接入多个不同模式的网络节点，实现并行流传输，在不同接入技术的网络之间动态流传输，执行集成业务。智能接入控制和管理根据不同的无线环境、终端类型和网络状态将不同的业务映射到最佳接入技术。MRAT无线资源管理根据网络负载和业务类型来调整各种技术，共同管理和优化不同网络的无线资源，共享和分配无线资源。优化协议和信令，建立灵活的网络接口关系，增强接入网络接口的能力，支持动态网络功能的分配。2.3.6网络切片网络切片技术简单地将物理网络分割成多个不同的虚拟网络切片，每个虚拟网络切片可以针对不同的应用场景获得逻辑上独立的网络资源。各个切片之间相互绝缘、互不干扰影响并且能满足不同网络要求。假如其中任何一个切片发生错误或者出现故障，其余的切片仍然会正常工作。5G切片就是将5G网络切割成多个端到端的虚拟网络，各个虚拟网络来支持更多业务的实现。网络切片技术使5G网络承载海量连接及应用的同时保持高速率、低时延的特性并且对不同的应用场景提供差异化服务。不同的场景对网络的要求不一样。网络切片解决了诸如移动性、安全性、低时延、可靠性、高吞吐量、高连接密度、高频谱效率、高网络效率等不同应用场景网络要求。网络运营商不会因为个别切片的错误故障而担心其余切片会受到影响。网络切片技术可以进行新业务新需求切片的更改和添加从而满足多连接多样化业务需求，实现灵活部署、分类管理，节省了时间、降低了成本。35G通信在轨道交通上的应用3.1列车的高效安全出行现在，中国轨交的智能化方面正逐步从传统的控制管理向智能化工程型转变，采用智能算法和云数据技术，加强对列车和运营的管理和控制。对于智能火车，可通过车载终端实现自动驾驶或辅助驾驶功能。对于车组的管理，需要通过智能中心管理完成相应的行车计划，加强整个阶段的运营管理。另外，可视化驾驶环境技术对网络带宽有很高的要求，能满足可视化控制火车铁轨运营的条件。超高精细视频服务对于网络带宽和延迟也有很高的要求，并且可以满足列车视频监视图像的传输和控制中心流媒体的下游再现功能。5G技术的应用能有效提升列车运行中的数据通讯效率，减少火车间的通讯时延，从而有效缩短火车间的运行间隔，提高运营效率。另一方面，通过应用先进的武器技术信息传输技术，能实现更快，更大的数据信息传输，保证网络连接的安全性能，使列车之间的信息交互更加准，快捷，管理控制中心能及时获取列车位置，为火车安全运行提供更坚实的技术支持。3.2智能出行的便利服务利用5G技术能有效促进智能出行的发展，可以通过5G接入获得车辆信息、巴士站交通、轨道交通商业网络设施等信息内容。有效实现电子票旅游的智能化服务。通过智能系统，乘客可以在智能相机识别下自动办理登机手续，调整和修改通过手机形成的方案。另外，它还能通过智能轨交系统为乘客提供大数据服务。企业能根据区别需求提供不同的信息服务，为人们提供一对一的智能化服务，全面提升我国轨道交通行业的服务水平，让人们体验到优质高效的网络服务。3.3城市轨道交通设备的维护对于城轨交通来说，其中包含了大量的设备，而且这些设备分布在于城的各地，因此设备领域的维修周期和工作量都很大，对维修人员的要求也更高。对于城轨交，特别是地铁系统，每条地铁路线都有大量的监控摄像头。如果只靠人力来进行检查，很容易漏检和误检。通过智能系统的应用，能加强对整个设备的实时监控，通过5G网络实现智能监控，既可以减少工作人员的工作量，又可以提高监控效率，有效提高城市轨道交通系统的维护和运营安全。3.4强化列车应急防灾急救功能城轨交通系统集成了一套多功能子系统，如安全防护系统，视频监控系统和相应的报警系统。以云数据为依托，通过智能算法等方式，不断完善相应的管理流程和应急解决方案。当火车遇见紧急情况时，可以迅速，有效地为地铁紧急防灾提供安全有效的解决方案，从而保障人们的健康和安全。应用新一代城轨交系统，它能有效提升火车运行效率，缩短车辆发车间隔，改善车辆的载客量，并通过该系统能更好地处理列车运行过程中的紧急情况，使工作人员能及时掌握现场的实际情况，从而迅速制定相应的应急防灾处置方案。而通过加强5G通信技术的应用，可以快速了解现场实际情况，并利用安防系统的监控系统功能，有效捕捉各类事故问题。通过无记忆技术，可以为这些网络问题提供足够的网络带宽，全面提高运行效率，提高监控视频的图像质量，实现实时传输，从而更快速有效地应对突发事件。3.5优化列车之间的绿色通信在城轨交通的实际通信过程中，通信能耗非常严重。但现行国家政策要求城轨交部门加强网络的优化和完善，全面降低通信能耗。因此，通过加强5G通信技术的应用，不仅可以全面优化网络结构，合理调整资源配置和配置，还可以全面提高中国城轨道交通系统的运营效率，减少通信能量损失。另一方面，通过加强5G通信技术的应用，可以有效改善列车之间的通信，实现真正的绿色通信，促进中国城市轨道交通通信产业的发展和进步。45G通信在城市轨道交通中存在的不足4.15G通信技术应用不全面对于城轨交通而言，虽然5G通讯技术为轨交提供了极大的便利，但现阶段，5G通讯技术在城轨交系统中的应用还不够全面，在城轨交的应用过程中还存在诸多不足。现在，5G通讯技术的关键特征是提高传输效率和节约资源。但是，在城市轨道交通方面，其安全性是不被保证的。特别是在网络信息的安全方面。因此，相关科学技术人员必须认识到，我国是资源稀有的一环。如果5G通信技术没有充分应用于城市轨道交通系统，将对我国通信技术的可持续发展产生不利影响。4.25G通信技术发展不完善现阶段，5G通讯技术正处于快速发展时期，在实际使用期间会遇见很多问题。因此，有关人员在使用5G通讯技术的过程中，需要坚持循序渐进的原则，拓展技术，从根本上加强技术的应用，使之更加完善。5G网络事故发生过程中，需要及时转移到其他设备上，以保证通信的正常稳定，为火车运行安全提供保障，充分发挥其在城轨交通中的作用。55G通信面临的挑战和发展趋势5.1面临的挑战5.1.1频段数量较少5G通讯技术在发展的过程中，面临着频段数量过少的挑战，要想有效解决这一问题，最有效的方法就是实现频段的重复使用或是对低频段实施重新利用，逐渐实现5G通讯技术的持续进步。为了避免通讯过程中受到多个频段的影响，5G通讯系统可以开通新的频段进行有效的信息传输，通讯信息较多的情况下也可以借助其他频段进行信息的传输，促进各个频段的合理化应用。在实施远程视频通话的过程中，可以利用5G通讯技术进行画面的传输，利用4G通讯技术进行部分声音的传输，有效减轻5G通讯系统的运行压力，促进接收画面和声音信息的同步，利用这种分离式的路径传播方式能够促进5G通讯技术的高效落实，走出频段数量较少的困境，促进5G通讯技术传输速度的提升。5.1.2 通讯系统容量未来的发展历程中，5G通讯技术在信息传输过程中主要是利用毫米波进行传输，毫米波的尺寸一般在30~300MHz，波长在1~10mm，5G毫米波主要是指24~100MHz波段，毫米波在具体应用的过程中具体一定的弊端。信号传输过程中会有较大的损耗，数据信息容易被拦截，应用的范围较小，毫米波在传输的过程中，容易受到大气等介质的影响，信号受到阻挡，导致传输效果不佳，由于5G通讯系统的容量较小，这会严重影响5G通讯技术的充分发挥。5G通讯技术在未来的发展过程中，逐渐与气象局进行合作，通过对降水量以及大气层的详细分析，计算出毫米波在传输过程中的损耗，并预测毫米波的传输距离，提前做好预防措施，避免过多遮挡物的影响。5G通讯技术中毫米波在具体应用的过程中，需要耗费大量的能源，传输效率较低，越来越多的建筑工程也会对其造成一定的影响，未来在通讯系统的容量方面具有较大的挑战。5.1.3 成本控制5G通讯技术在发展过程中，还面临着非常关键的挑战，即成本控制，通信行业在发展过程中有很多必要的成本，前期的招标及设备成本，各项材料以及施工成本等，后续还会有较多的设备维护成本以及通讯基站的测试运行成本，固定成本较大，导致通信企业的盈利成为问题。5G通讯技术的速度较快，如果还是按照现行的收费方式进行收费，网速过快会导致更多的费用的产生，所以价格方面存在很多的劣势，需要5G通讯技术研究企业加大研究力度。5.2发展趋势通过网络融合的方式，将给移动通信领域带来更广阔的发展空间，提供更加多元化的商业模式。为了解决未来移动互联网和物联网业务增长带来的各种问题，5G移动通信技术将面临通信发展和营销策略创新的巨大压力。为了满足用户多样化的需求，5G移动通信技术的业务类型需要多样化。除了提供更安全可靠的通信服务外，我们还需要提供更灵活、开放的网络适配和编程能力，以满足不同虚拟运营商、用户和服务的定制需求，实现多元化业务快速部署，提升我国移动通信综合实力。同时，为了保护用户的信息安全，5G移动通信技术也需要提供更多的信息传输安全解决方案，以满足更多领域的业务需求。5G移动通信技术实现了端到端的即时传输，信息交互更加方便，在安全性和可靠性方面表现突出。5G移动通信技术，人民网日常社交场景将更加自由多样，5G移动通信技术使人民网日常社交场景更加自由多样，真正实现了用户随时随地实时播放全高清、超高清视频的体验。此外，5G移动通信技术可以在低成本、安全和可靠的稳定传输的前提下提供更高的数据速率、更多的服务和更好的用户体验。另外，为了满足对移动通信的频谱宽度的要求，5G技术需要加深高频频带的开发和利用。未授权频段的使用、离散频段的聚合和低成本的再养殖技术频段都为频谱资源的需求提供了解决方案。随着通信技术和互联网技术的进一步发展，移动通信网络的对象呈现出泛化的特点。在传统的人与人交流的基础上，增加了人与物、物与物之间的联系。随着5G移动通信技术的不断发展和成熟，运营商开始探索物联网相关的应用研究，并有多种解决方案，包括智慧城市和智能交通这些物联网的解决方案将大大改善人们的生产和生活方式。移动通信技术的未来发展将是移动通信与互联网的融合。纵观移动通信技术的发展历史，都是通过不断突破现有的困难和不足来获得创新和提升的。当4G移动通信遭遇瓶颈时，能够带来更好客户体验和丰富业务类型的5G移动通信技术应运而生。物联网