5G技术及其在铁路通信中的应用

1、5G技术及其在铁路通信中的应用摘要：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。本文对5G技术及其在铁路通信中的应用进行探讨。关键词：5G技术；铁路通信；应用一、5G系统指标1、频带利用率铁路通信形成之初至现在，已经经过了相当长的时间。因此，管网系统已经 较为成熟，其中融合了较多先进技术。在对系统的运行效率进行衡量时，可运用 多种指标，并以此

2、为依据进行综合性评价。其中，最重要的一个评价指标就是频 带利用率。通过这项指标能够更加直观地了解系统性能。从铁路通信对频带的应 用程度来看，当前仍处在较低的层次，主要原因在于无线电波的穿透能力过强， 导致频带损耗量较大，自然就使得频带的利用率始终难以得到有效提升。而5G 的到来则有效解决了这一问题，系统中所包含的各项技术能够使频带利用率在原 有基础上得到有效提升，进而将频带损耗量控制在最小范围。2、系统性能5G系统中包括多项先进技术，能够有效保障系统运行的安全性。这些先进技 术可利用通信网络进行融合，进而使系统功能在原有基础上得到有效提升。同时， 系统可发挥控制、交换等多项功能，有效提升资源利

3、用率。5G系统还具有群呼等 功能，能够对列车进行科学合理调度，使通信频率的分配更加有效。3、集中管理5G时代系统控制的要点在于资源的配置，进而使列车维修、应急救援等多项 问题得到有效处理。5G技术还能有效节约开支，起到控制成本的作用。另外， 5G技术能够发挥智能化管理的作用，进而有效提高系统的管理效率。二、5G的应用1、多天线技术第一，具有较高的空间分辨率，能够获取更多空间资源，实现多个用户的自 由通信，进而在此基础上有效提升频谱效率。第二，能够局限波束的范围，将外 界干扰控制在最小范围。第三，控制发射功率，有效提升整体的功率效率。第四， 提升预编码和检测器的质量，能够抵抗许多干扰因素。多天线

4、技术的研究可从以 下几个方面进行具体说明。第一，信道建模，需要在实测基础上获取相应参数， 通过计算机进行仿真处理。这项工作较为复杂，因此技术方面要求相对较高。第 二，空间分址，即在大维矩阵空间中获取更多资源。目前，华为、大唐多个领域 都已经达到了这一要求。另外，当前规模最大的是空分多址，这项技术能够有效 提升5G技术的性能，但其具有较大难度，还须加大研究力度。第三，信道导频， 由于天线数量较多，因此估计时需要较大的开销，而信道估计也是目前要解决的 一个重要问题，只有在此基础上才能顺利实现大规模的MIMO多天线技术。该技 术在铁路通信的管理工作中能够充分发挥作用，有效保障网络的稳定性，并且合 理

5、分配频率，促使调动工作顺利完成。同时，系统传输效率也与天线数量有着较 高关联性，因而能够合理利用频谱资源。此外，多天线技术能够进行功率发送， 进而充分展现铁路设备的功能，使通信系统的布局更加合理。2、全双工技术全双工是5G技术中的一项接口技术，优势在于能够使终端设备信号的发送 不局限于时间和频段，且使频谱效率在原有基础上提升了一倍左右，但同频信号 会使接收信号受到影响。因此，这项技术需要解决的问题是如何控制干扰。当前， 在消除干扰时采用的主要方法是数字域法，即对干扰参数进行估计，起到消除干 扰的作用。当前使用的技术已经基本能够有效控制干扰，但在此基础上所建模型 十分简单，且研究多局限于理论层面

6、，缺乏实践经验，还需做进一步研究。要控 制功率、能耗等，促使技术更加完善。从目前的应用情况来看，尽管全双工技术 有一些缺陷，但在铁路通信中仍然具有优势，使系统中的不同链路顺利实现通信 ，且有效提高了资源利用率，明显提升了设备的信息传输效率，也使列车的 各项运行信息能够处于监测状态下，有效保障了列车运行的安全性。同时，应用 这项技术时还能够将系统风险控制在最小范围，促使列车运行更加可靠。另外， 该技术的应用也解决了资源耗量过大的问题，缩减了成本支出。但是，针对以上 提出的全双工技术中存在的问题，还须加大研究力度，促使其在铁路通信中发挥 更大的作用。3、异构网络当前，数据业务的需求量持续增加，且增

7、幅度较大，使当前的无线通信面临 着一定挑战。通过密集异构网络能够解决这一问题。它的覆盖范围较大，能够提 升系统容量。估测结果显示，无线网络未来不同站点之间的密度将会是现在的10 倍左右，且不同站点之间的距离将会越来越小，甚至在10m以内.这增加了限定 范围内的用户数量，且每个节点都有对应的用户。同时，这项技术能够有效提升 频谱效率和系统容量，进而增强系统的灵活性。另外，网络中不同技术之间通常 会存在一定干扰，进而导致系统性能受损，因此还须进一步研究。此外，这项技 术的应用能够降低网络维护成本，但还需要实现多层次的统一与联合，进而使技 术的配置更加合理。当前，铁路通信在科学技术的推动下将逐步实现

8、智能化，因 此终端设备的性能与质量必须在现有基础上有所提升。超密集密度网络能够覆盖 较大范围，且能够使系统功能更加完善，可将其运用于铁路通信系统，促使铁路 设备运行更加可靠。这项技术的应用也使得系统各项参数的配置更加合理，确保 各项技术能够同时应用于系统，进而满足不同用户的需求。4、多载波技术目前，铁路通信急需解决的问题是频谱效率和干扰问题。因此，可将多载波 技术应用于其中，满足不同频率的要求，且适当增加信道数量，使系统中较为复 杂的问题通过计算尽快得到处理。多载波技术主要通过滤波器实现，要求在设计 时必须充分考虑铁路的业务需求，不断调整设计方案，确保系统的运行能够更加 可靠和安全，提高系统处

9、理各项业务的效率。5G时代全面到来后，滤波器的功能 将会更加完善，将促使铁路通信系统的性能更好，系统指标更加清晰，各项先进 技术的应用更加合理。三、基于5G的高速铁路移动通信技术第一，无线信道建模。目前，高速铁路对散射环境的要求较为简单，LOS特 征较为显著，意味着通信环境比较优质。另外，移动速度过快会增强多普勒频移， 但LOS可有效控制这一问题。第二，分布式网络和云架构。当前，网络基站的资 源使用率较低，为了确保铁路运行足够安全，应采取间隔发车的方式，有效减少 同一线路的列车数量，进而控制资源浪费问题。云无线接入网络架构对于这一问 题的处理具有重要作用，能够将集中基站的公用资源转移至某一基带

10、，进而集中 控制资源。第三，控制面和用户面分离。通常情况下，服务基站与接入用户之间 存在两个平面的连接。控制面用于指令的控制，而用户面则处理业务数据的传输。 如果控制面的覆盖范围足够大，就能够保障用户的移动性。在此过程中，如果需 要考虑成本问题，也可采用LTE-R遗留频段的方法。另外，还应在高频段处放置 数据的承载者，有效扩充系统容量。第四，异构网技术。系统容量的增加可通过 频谱效率的增强来实现，但系统宽带更易发挥作用。目前，在扩充系统容量过程 中主要采用非许可证频段。该技术的协调方案容易受到干扰。为了避免出现这类 问题，首先必须进行信道质量检测，其次进行信道筛选，最后选择出满足最低要 求的信道。第五，多天线技术。该技术的应用能够改变不同天线阵列间的关联性， 之后LOS在高速铁路的环境下就可有效扩充系统容量，但越区切换将直接影响列 车运行的安全性。因此，需要采用分布式天线技术，有效减少切换次数。结束语总而言之，5G技术