浅谈高速铁路通信系统在5G环境下的应用

王凯

摘 要：随着铁路高速化、智能化的发展和不断进步，铁路的移动通信系统面对着新的发展要求。第五代移动通信技术（5G）拥有传输速率高、大带宽、低时延、大规模连接设备的优势。该技术能进一步提高现有的铁路通信和运行状况，对保障列车运行智能性和安全性具有十分重要的作用。5G移动通信技术在铁路行业中的应用成为铁路无线通信发展的方向，文章就高速铁路通信系统在5G环境下的应用进行分析探讨。

关键词：高速铁路;通信系统;5G环境

引言

高速铁路通信系统的构建是影响高铁运营质量的重要工作，在5G网络推广普及的情况下，高速铁路通信系统的建设拥有了较为理想的基础条件。5G技术的应用可以使高速铁路通信系统得到进一步优化，因此，在当前高速铁路发展速度较快的情况下，加强对5G环境的研究分析，并制定高速铁路通信系统的优化使用策略，是很多高速铁路专业人员重点关注的问题。

1 5G 移动通信技术

5G通信技术主要是指第五代移动通信技术，属于一种延续4G通信技术优势及特点的技术内容[1]。5G通信技术在应用方面攻克了4G通信技术的不足，具体表现在两个方面。（1）5G通信技术主动结合物联网技术优势，在拓宽数据传输范围方面取得了突飞猛进的发展。相较于4G技术而言，5G通信技術传输速度得到了进一步加强。即便处于不稳定的运行状态下，信息传送量也可以达到常规状态，解决以往4G技术运输不稳定问题。（2）5G通信技术解决了以往移动网络基站覆盖面不足的问题。正式传输过程中，5G通信技术打破了传统覆盖范围的局限问题，即便不在基站覆盖范围当中，也可以实现数据传输过程。可以说，5G通信技术的出现与应用，无疑弥补了4G通信技术的不足，为未来社会生产的进一步发展提供内在驱动力。

2 我国高铁通信系统

高速铁路是当前中国非常重要的交通基础设施，在我国客运与货运上承担着重要的分量，我国的高速铁路在世界上属于先进水平，具有完善的高铁技术体系。而高速铁路通信系统又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。但随着通信技术的不断发展，现在已有的铁路专用通信技术已经无法满足高速铁路通信的高速数据传输的要求， 主要包括高速列车运行速度快，使高铁通信系统产生频偏，让沿线的各类基站信号接收不稳定;各通信系统枢纽站的距离相对较远，使得各个站点需要服务的范围太广;高速铁路的旅客较多，增加了网络的使用量和基站负荷，导致移动信号下降;高铁速度太快，移动通信网络需要不断切换， 会导致掉线、切换失败或缓慢等问题[1]。

3 高速铁路通信系统在 5G环境下的应用

3.1 提高乘客用网质量

高速铁路在进行智能管控系统建设过程中，务必加强对移动网络化相关状况的研究，尤其要对在线视频观看的频率进行详细考察，以便可以在制定5G环境下移动设备配置方案的过程中，实现对在线视频观看时长的合理掌握，并保证移动视频得到更高质量的普及。乘客用网质量的创新还需要加强对移动视频清晰度的重视，尤其要对4K超清视频的实际应用需求进行调查，使5G技术的突出应用优势可以得到明确，进而满足宽带稳定性的维护需求，并保证乘客的用网质量可以得到更高水平的维护。在进行5G通信系统建设过程中，要加强对4K超清移动视频所需技术支持的研究，尤其要对超高清视频的技术需求加以总结，并保证监控和通话等基本需求得到满足，为乘客用网质量的改进提供必要支持。

3.2 网络化行车控制

5G技术拥有高带宽，能实现毫秒（ms）级端到端时延，可以支持500km/h以上的超高移动性速率，因此能够稳定、可靠地实现各类车载设备间和车地设备间的通信，可以实时监控列车运行，实现自动化调度和主动安全控制功能;实时监测列车及行车线路状态，将路轨状况、列车状况等上传到数据库，再通过实时分析，对可能出现的故障进行检测及预判，提出合理的解决方案，从而减小了列车运行中的故障率，保障了列车的运行安全。这也为未来实现无人驾驶、远程驾驶或者增强现实（AR）智能驾驶技术，打造下一代自动驾驶系统等智能铁路的行车控制系统提供了可能。

3.3 智能管控

具备高传输特点的5G通信系统在一定程度上可以为列车运行过程提供实时监控保证。通过运用高速铁路列车自带的检测设备，可以实现对高铁列车路轨情况的全面监督与管理，并且可以及时将列车运行过程中涉及的数据内容上传到本地数据库当中。操作人员通过调控系统数据内容，可以针对系统运行过程中存在的故障问题进行精准检测[2]。操作人员可以根据具体问题制定科学、合理的解决措施，以期可以减少高铁列车运行的质量问题。同时，5G通信系统基于可以实现毫秒级端到端时延的特点，基本上可以进一步强化设备的连接密度，确保列车运行过程安全无误。

3.4 加快完善辅助式卫星定位系统

在针对高速铁路进行卫星定位系统设计过程中，一定要对5G环境下的信号传输难点加以分析，并对高铁列车沿线的地形地貌特征予以研究，使隧道和树木等影响因素得到充分明确，保证高铁列车的运营可以有效满足5G通信环境下的信息传导需要。要加强对卫星信号发射过程的关注，并对高铁列车运行质量的影响因素进行全面总结，以便高层建筑物等因素对高速铁路的影响可以得到明确认定，以此实现对5G通信系统的成熟应用[4]。高铁列车还需要加强对5G网络实际应用价值的总结，使卫星辅助数据可以得到进一步优化，确保高铁具体的方位信息得到明确。

3.5 特殊环境

火车站是典型的客流密集场所，采用室内5G组网分布覆盖，可以满足旅客超高清移动视频直播、视频通话、视频会议和视频监控等需求，同时也为5G赋能智慧火车站提供了可能，进一步提升铁路系统以及火车站的管理效率和服务品质。高铁隧道。我国山区较多，隧道也较多，可采用特型天线，在短距离直线隧道前后采用天线进行覆盖。一般情况下，可以在隧道中与隧道口安装特型天线进行覆盖，两侧不同区域覆盖增加用户信号。

3.6 提高开放性传输方式安全性

高铁列车需要对5G环境下的通信系统建设情况进行详细考察，并对开放性信息传输的优势加以总结，在充分明确通信系统安全保障重要性的基础上，实现对病毒和黑客等问题的管控，以此满足外部入侵因素的规避需要，为通信系统安全性的高质量维护提供必要支持[3]。要对5G环境下高速铁路通信系统的内部故障特征加以研究，并从网关设置的角度出发，制定上层信息安全控制方案，使非安全性信息可以获得更高水平的拦截，并保证可以在铁路系统网络通信的突出价值得到明确的情况下，满足网络独立性运行需要，为高铁列车实现开放性信息传输提供必要支持。

4 结束语

5G系统凭借自身速率高、稳定性高、时延性低等特点，有效地促进了高速铁路通信系统的全面发展。初步改善了高速铁路通信系统稳定效果差、承载效果不佳以及易受周围因素干扰等问题，促使列车运行过程的网络连接效果、智能化运行效果不断向安全性与稳定性方向发展。

参考文献：

[1] 王增浩，杨丽花，等.5G-NR毫米波HSR上行多用户系统中多普勒频偏估计方法[J].南京邮电大学学报（自然科学版），2019，39（06）：28-34.

[2] 侯天宇，周杰，等.5G多天线城市降雨环境下的信道模型研究[J].电子测量技术，2020，43（02）：21-25.

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