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摘要：当前，4G技术的功能较为健全，为人们的生活提供了极大便利，但仍然处在不断发展的过程中，为5G时代的全面到来奠定了一定基础。5G技术的优势体现在多个方面，如频带利用率高、通信性能好等，这对铁路运输业来说十分必要。因此，铁路通信系统可有效运用5G系统中包含的各项先进技术，确保列车的调度更加合理。
关键词：5G环境；高速铁路；通信系统；应用
一.高速铁路通信系统
（一）概述
高速铁路通信系统在整个高速铁路运输过程中扮演着不可或缺的角色，承担着确保高速铁路列车行驶安全及保障高速铁路列车运输与管理工作顺利展开的重任，高速铁路通信系统需要面对通信枢纽距离较远，且单个通信基站服务范围广，以及各种自然灾害和突发事件等问题，只有发展好高速铁路通信系统并解决了上述问题，才能形成完整的高速铁路控制系统，并有效确保高速铁路列车的行车安全。
（二）国内外高速铁路通信系统发展现状
高铁列车的智能化、无人化对铁路移动通信的可靠性、安全性提出了更高的要求，而列车旅客携带的智能手机、笔记本电脑、平板电脑等移动智能设备对铁路移动通信的无线宽带及通话等服务提出了更高的要求。随着中国高速铁路的发展，与之配套的铁路移动通信系统也应不断发展以满足可靠性、稳定性、安全性以及大容量等多方面的要求。
现在国际上比較常见的应用于高速铁路的通信系统主要为GSM-R（综合专用数字移动通信系统），该系统可以实现对列车的调度、监控及管理，也可以满足旅客的简单通信要求。但随着智能调度以及视频监控等列车安全辅助系统的应用，现有的技术已经无法满足高速铁路通信的高速数据传输要求，且现有方案不利于旅客的智能手机等智能便携设备接入专用移动网络，这也导致旅客在列车上的通话、网络连接等体验不佳。在乘坐高铁列车时，会进入不同的通信基站范围，为了保证通话和网络连接不间断，系统会自动进行切换，当高铁列车以350千米每小时运行时，这种系统的自动切换每6秒就要发生一次，以现有的铁路通信技术，难以保证这种切换的稳定性。除此之外，还需要考虑其它因素的影响，如当高铁正常运行时，由于运动速度过快，且4G（第四代移动通信技术）系统频率较高，由于多普勒效应的影响会导致信号错位，多径效应等也会对信号的传输造成影响。现有的通信技术，如4G系统会应用一些补偿算法对这些有害效应进行一定程度的抑制，但效果并不理想，这也导致在高铁列车上的通话以及网络连接效果无法得到保证。
二.5G系统
（一）概述
第五代移动通信技术（5G）是新一代移动通信技术，其技术标准尚未确定，第五代移动通信技术（5G）是第四代移动通信技术（4G）的拓展与延伸。移动互联网的迅速发展是5G系统发展的主要驱动力，5G系统的发展为云计算及后台服务的广泛应用提供可能。相比于上一代移动通信技术，5G系统有以下几方面特点：第一，5G系统的传输速率更高；第二，5G系统的端与端延时可达毫秒级；第三，5G系统的可接入设备更多；第四，5G系统的能耗更低。
（二）5G系统发展现状
无线移动通信技术在过去的20年里飞速发展，早在2012年第四代移动通信技术标准通过之后，移动通信业就开始了对第五代移动通信技术的研究。高通、三星、联发科等众多厂商都在努力发展5G（第五代移动通信技术）芯片技术。2018年6月份的台北国际电脑展上，联发科发布了公司的第一款5G基带芯片M70，在随后的2018年8月15日，三星公司推出了公司第一款完全符合3GPPR155G国际标准的5G基带芯片ExynosModem5100。
国内的三大运营商移动、联通和电信已经在全国多个热门城市开始5G网络试点，预计2020年开始正式商用。5G系统相比于现已成熟应用的4G系统，5G系统具备低成本、低能耗、传输速率高、可靠性高、安全性好、容量大等优点。其中最为重要的一个特点是5G系统可以支持500千米每小时的终端移动速度，这一优点使得5G系统对中国高速铁路通信系统的发展有着极其重要的作用。
三.5G环境下的高速铁路通信系统应用
（一）基于5G系统的高速铁路智能管控系统
在高速铁路列车的运行过程中，高速铁路通信系统起着至关重要的作用。随着云计算、大数据等技术的发展，在5G通信系统的保障之下可以实现对铁路的集中管理，实现智能调度、智能管理等功能。高传输速率的5G通信系统为列车运行的实时监控提供可能，通过高速铁路列车上自带的检测设备可以随时将路轨状况以及列车状况上传到数据库中，进行实时分析，并对可能出现的故障进行检测及预判，提出合理的解决方案，从而减小了高速铁路列车运行中的故障率，保障了高速铁路列车的运行安全。同时5G通信系统的端到端时延为毫秒级，且连接设备密度更大，可以实现列车与列车之间、列车与路侧配套设备之间的通信，并进一步实现列车紧急制动告警灯功能，使列车的主动安全控制与自动驾驶成为可能。通过使用基于5G系统的高速铁路列车通信系统可以实现管理列车并实现自动化调度的功能、监测列车及行车线路状态的功能以及列车的主动安全控制功能等，可以更好的保障高速铁路运输过程中的安全。
（二）基于5G系统的乘客用网
随着移动设备与移动网络的发展，2017年移动设备的在线视频观看时长就已占全球在线视频观看总时长的58%。随着移动视频的普及，移动视频的清晰度从标清提升到了超清甚至是4K超清，但现有的4G系统无法满足4K超清视频所需要的稳定带宽，而5G系统则可以为移动终端提供更好的4K超高清移动视频体验。使用基于5G系统的乘客用网可以在高速铁路列车运行过程中为乘客提供超高清移动视频直播、视频通话、视频会议和视频监控等功能。
同时，在车站等一些人口密集区域可以采用WiFi与5G系统融合组网，这样可以起到对所用5G系统分流的作用，进一步提高用户的网络连接体验。WiFi网络具有接入方便、低成本、易维护等优点，可以将它作为5G系统的补充，采取融合组网的方式构成高速铁路通信系统的重要组成部分。
（三）基于5G系统的辅助式卫星定位系统
由于高速铁路沿线地形特征复杂，经常会出现密集的高层建筑物、树木等，且高速铁路列车会穿行于各种涵洞、隧道、立交桥等特殊路段，在这些情况下，卫星信号收反射和遮蔽的影响，产生严重的多径效应，甚至导致“丢星现象”。此时，移动通信系统可以提供辅助，提高卫星信号接收的灵敏度和速度。
基于5G系统的辅助式卫星定位系统可以更快速准确地获取列车的位置信息。当列车发出定位请求时，5G系统可以用较短的时间查询到可用的卫星信息，并将卫星定位的辅助信息通过5G网络传递给列车，列车利用得到的卫星辅助数据，可以更加快速准确的获得卫星信号，并解算出位置信息。由于引入了5G系统，使得列车的定位更加精确，同时也改善了卫星信号被遮蔽等问题，实现在隧道内或稠密的城市地区等卫星信号较弱的地区提供列车定位服务，甚至可以实现厘米级精确定位。
四.结论
总而言之，5G技术最突出的优势在于能够展现多项技术的优势，促使问题高效处理。5G技术的优势对于铁路通信来说十分适用，能够有效提升传输网的效率，及时处理故障，使系统运行更加稳定、安全。
参考文献
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[2]王宁.浅析光纤通信技术在铁路通信系统中的应用[J].科技创业家，2013（15）：186-187.
[3]苏轩.我国铁路通信技术的应用及发展趋势[J].科技与生活，2012（03）：254-255.
作者简介：唐健宁，男，身份证号：4503031991****0518，驻段培训师。 |
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发表于 2022-2-27 19:46:37