轨道交通移动通信技术发展分析及建议

　　摘 要：车地间移动通信是智能轨道交通的重要基础支撑，随着移动通信技术的快速发展，需要对轨道交通移动通信的发展方向和策略进行研究。文章首先对轨道交通移动通信业务需求进行分析，并对4G LTE与5G的标准演进、技术指标和关键技术等进行介绍。然后，针对承载能力、无线频谱、服务质量、产业支撑和经济性方面，对4G LTE与5G在轨道交通场景中的适用性进行分析比较。最后，提出点线差异化、公专网结合、跟踪5G行业应用等发展建议，为确定轨道交通移动通信技术的发展方向提供借鉴。

　　关键词：轨道交通;移动通信;5G;LTE

　　推荐阅读：《轨道交通装备与技术》(双月刊)创刊于1993年，由中国南车集团戚墅堰机车车辆工艺研究所主办。本刊以铁路机车车辆工业为主要报道内容。

　　0 引言

　　在城市轨道交通领域，2017年中国城市轨道交通协会牵头组织完成城市轨道交通车地综合通信系统(LTE-M)系列标准的编制工作，逐步取代TETRA和Wi-Fi，形成1张具备综合承载能力的移动通信网络，满足调度通信、列车控制、乘客信息服务(PIS)和视频监控(IMS)等关键业务的通信需求。

　　在国家铁路领域，2015年中国铁路成立铁路下一代移动通信技术研究工作组，2018年在京沈高速试验段完成LTE-R系统试验，预计2019年基本完成LTE-R系列标准的编制工作。

　　2019年6月6日，随着工信部5G商用牌照的发放，标志着我国正式进入5G商用元年，5G发展进入快车道。5G不仅是通信行业未来发展的重点，也是从政府到民众全社会关注的焦点。从技术角度讲，目前的5G还未全部实现国际电信联盟(ITU)制定的3大愿景，市场上的基站产品遵从R15版本标准，满足增强移动宽带(eMBB)的要求，这方面特性主要受公众消费市场牵引，关于海量机器类通信(mMTC)、超可靠和低时延通信(uRLLC)等行业应用技术将在R16和R17标准中制定，完善的技术标准预计2020年—2021年以后正式发布。

　　随着我国轨道交通向智能化方向发展，多媒体调度通信、智能调度指挥、列车车况信息远程实时监测、基础设施实施状态实时感知、优化控制和自动驾驶、智能列车、铁路物联网、移动高清视频监控、增强乘客服务等多类型、全方位的智能业务将不断涌现，同时将广泛应用云计算、大数据、人工智能、移动互联等新技术，移动通信尤其是车地间移动通信能否满足智能业务的需求，成为能否实现智能轨道交通的关键一环。因而，应尽早开展轨道交通移动通信技术的发展研究，合理布局，避免移动通信成为未来轨道交通智能化发展的瓶颈。

　　轨道交通移动通信技术继续发展4G LTE还是发展5G技术，两者在未来发展中如何定位等问题，不仅仅是技术层面，还需统筹考虑包括业务需求、技术标准、产业支撑、国家频率分配政策、技术经济性等多方面因素。以下就这些问题开展初步分析，以供借鉴。

　　1 轨道交通主要业务需求分析

　　从服务对象角度，轨道交通移动通信业务可分为行车应用类、运营和维护类、旅客服务类。其中，行车应用类主要包括调度指挥通信、列车运行控制、自动驾驶等行车调度指挥和控制业务;运营和维护类主要包括移动装备和固定装备的检验检测、养护维修等;旅客服务类包括面向旅客出行、旅客服务、安全保障等通信业务[1]。

　　无线通信系统的部署通常按区域进行覆盖，应从应用区域和区段上划分应用场景，提出对无线通信系统承载能力的要求。轨道交通大体可划分为正线和站场2类应用场景，2类场景的业务既相互交叉，又有一定的独立性和差异性。

　　(1)铁路正线，主要包括正线车站和区间线路，该场景下的业务主要包括6类。 ①行车指挥业务：列车调度通信、列车运行控制、列车紧急文本、自动驾驶等;②监测监控业务：IMS、列车安全防护和预警、列车运行监测检测、基础设备设施状态信息、列车定位、站车间信息交互;③地面基础设施监测业务：线桥隧、通信信号、电力和供电等专业基础设施监测检测信息传送;④乘客信息服务：主要包括PIS车载媒体业务;⑤列車车内服务和联络;⑥养护维修、公共安全、应急通信等。

　　(2)站场和枢纽， 主要包括车站、车辆段等。该场景下，主要为乘客乘降组织、PIS、车站管理和信息传送、车辆段调车作业和安全监控提供通信服务。

　　目前，在城市轨道交通领域，列控和自动驾驶、调度通信、列车运行状态监测、IMS、PIS为关键业务，关系到系统是否具备开通条件。这些业务是移动通信系统承载的核心业务。

　　根据《LTE-M总体规范 第3部分：综合承载信息分类与要求》[2]的规定，LTE-M各关键业务的带宽需求如表1所示。

　　能否满足以上业务的需求，是衡量轨道交通移动通信系统适用性的基本要求。

　　2 技术标准演进

　　移动通信技术体制演进如图1所示。

　　第一代为模拟对讲技术，自2G进入数字通信以来，系统由窄带向宽带演进，数据传输速率不断提高。

　　4G LTE和5G的3GPP标准演进路线如图2所示[3]。

　　3GPP在2008年初完成了LTE第1个版本的标准R8，2014年在R10中完成了LTE的演进LTE-Advanced。LTE技术标准不断完善与增强。

　　5G的第1个标准R15已于2018年6月完成， 主要面向eMBB场景。R15标准只定义了基本的uRLLC场景，没有针对物联网业务再定义新的标准，仍然采用LTE标准下的窄带物联(NB-IoT)和移动物联技术(eMTC)。面向行业应用的mMTC和uRLLC场景在R16版本中定义，预计将于2020年底冻结。最终的5G官方标准将于2020年底由ITU评估、批准后正式发布。

　　与4G相比，5G技术的标准更加统一，由3GPP国际化标准组织统一制定;服务场景更加多样，支持eMBB场景、mMTC场景和uRLLC场景，如图3所示[4];5G服务对象在过去人与人通信的基础上，增强了人与物、物与物之间的互联。

期刊VIP网，您身边的高端学术顾问

文章名称： 轨道交通移动通信技术发展分析及建议

文章地址： http://www.qikanvip.com/chengshiguanli/49090.html