德国｜5G技术在轨道交通领域的应用

第五代移动通信技术（5G）是具有高带宽、高速率、高稳定性、低延迟等特点的新一代宽带移动通信技术，是移动通信技术的巨大飞跃。其传输速率高达每秒1GB，反应速度与人的神经系统一样快（只需数毫秒），而且其高带宽允许同时接入海量设备，因此未来利用5G技术访问互联网的传感器、机器和人员数量将快速增长。此外，5G 技术可通过网络切片功能区分不同的应用场景，并针对相应的应用场景调整网络的传输功率，因此可比4G技术更好地适应垂直市场的需求，如工厂自动化、移动解决方案等。总而言之，5G技术可集成以前只能通过某种特定专业方法实现的所有功能，这种多功能性使其成为一种可取代现有无线解决方案的技术。目前，5G技术已逐步应用到轨道交通领域，对其发展发挥着日益重要的推进作用。

无线移动通信网络的发展演进

可用的5G终端设备及网络

1.1 终端设备

目前，随着5G芯片组的逐步商用，越来越多支持5G技术的智能手机及工业终端设备得以发布并推向市场。这为5G技术在各领域的推广应用奠定了基础。

西门子商用5G路由器

1.2 网络

目前，5G网络的组网模式有非独立组网（NSA）和独立组网（SA）2种。NSA模式是通过将无线移动通信网络的空中接口从4G升级到5G，使5G基站接入4G核心网。这意味着虽然无线移动通信网络接口已经升级到5G标准，但是数据仍然通过现有的4G核心网进行路由。SA模式中，5G网络是完全独立建设的，其核心网、基站等设施全部采用5G技术，相比NSA模式，其技术更成熟，数据传输速率更高，投资成本更低，建设耗时更短。

在SA模式下，5G网络将实现更多的功能，如网络切片。5G网络切片功能可将网络分为不同的切片（逻辑切片），并针对应用程序的特殊需求调整网络的传输功率，从而实现网络资源的优化配置；其具备极大的灵活性，可满足各种应用要求。

5G网络切片功能的应用

从NSA（4G+5G）模式到SA（5G）模式的转变不是一蹴而就的，因此4G和5G核心网将在未来几年共存。

5G智慧无线移动通信

5G技术应用场景

5G技术在轨道交通中的应用场景包括技术替代（即目前已通过4G技术实现的应用场景）和技术创新（目前还不能通过4G技术实现的应用场景）2类。

2.1 技术替代

在技术替代场景中，数据服务对时间不敏感，几秒范围内的延迟不会影响列车运行，例如：

（1）列车运行状态数据从列车到轨旁设施的传输；

（2）乘客信息数据的传输；

（3）列车驾驶员与控制中心之间的语音通信；

（4）列车位置信息的传输；

（5）在列车中播放的新闻或广告；

（6）列车上提供的互联网服务。

这些应用场景目前都已通过4G技术实现。5G技术的应用可提高数据传输的效率和质量，但会大幅增加成本。因此，应综合考虑成本效益，决定是否采用5G技术。

2.2 技术创新

技术创新应用场景是目前必须使用专门开发的系统才能实现的应用场景，其集成了各种创新技术，因此实施成本也十分高昂。

例如，在基于人工智能（AI）的列车车厢监控系统中，如果视频数据能够实时传输，图像的自动化分析结果可以低延迟获得，则可以在控制中心或云设施中对摄像机获取的数据进行实时评估。目前，这可以通过在列车上安装额外的硬件（HW）设备实现，然而将大幅增加车辆成本。而采用5G技术，则可将视频数据通过宽带实时地、几乎没有延迟地传输到控制中心或基于云的AI设备中，并在短时间内呈现数据分析结果；此外，列车不必装配额外的硬件用于计算和分析。

因此，5G 技术在此类应用场景中具有广泛的应用前景。

结语

随着5G技术的发展和完善，其必将在城市轨道交通领域获得广泛应用。在技术替代场景中，可将之前基于4G技术的终端设备升级为具有5G能力的设备，以增加数据吞吐量，提高数据传输质量。而在技术创新应用场景中，可利用5G-SA网络及其网络切片功能实现列车的精准控制，以及基于云的列车传感器数据实时分析和评估。

参考文献

[1] Manfred Schienbein. 5G-Innovationen im öffentlichen Nahverkehr[J]. Signal+Draht，2021，113（5）：13-16.

[2] 5G 技术在轨道交通领域的应用[J]. 现代城市轨道交通，2021（12）：96-98.

现代城市轨道交通小编： Gisela

素材来源：铁科院《现代城市轨道交通》