趙志博
(中鐵建電氣化局集團(tuán)南方公司,湖北 武漢 430000)
目前,中國鐵路建設(shè)事業(yè)在科技力量的驅(qū)動(dòng)下,逐漸迎來了全新的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)。結(jié)合當(dāng)前的發(fā)展情況來看,以大數(shù)據(jù)技術(shù)以及云計(jì)算技術(shù)為主的先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鐵路建設(shè)事業(yè)當(dāng)中,尤其是在高速鐵路建設(shè)體系當(dāng)中。在上述技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下,智能化調(diào)度、監(jiān)控以及安全管理儼然成為當(dāng)下高速鐵路的發(fā)展方向。2018 年由中國制造的智能高鐵在京沈高鐵路線正式試行,其中,以自動(dòng)駕駛系統(tǒng)為主的智能系統(tǒng)被應(yīng)用于高鐵建設(shè)體系當(dāng)中??梢哉f,無人駕駛將會(huì)成為未來高鐵行業(yè)的目標(biāo)方向。在這樣的發(fā)展趨勢下,高鐵鐵路通信系統(tǒng)應(yīng)該及時(shí)解決當(dāng)前系統(tǒng)穩(wěn)定性差、承載效果不足的問題,為高鐵鐵路運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性提供內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力。
高速鐵路通信系統(tǒng)基本上可以將其視為高速鐵路運(yùn)輸安全的可靠保證。運(yùn)行過程中,該系統(tǒng)主要肩負(fù)保證高速鐵路列車行駛安全、管理安全的重要任務(wù)。根據(jù)當(dāng)前情況來看,高速鐵路通信系統(tǒng)在通信樞紐方面存在距離較遠(yuǎn)的問題,且通信基站服務(wù)布設(shè)范圍較廣,正常運(yùn)行過程往往會(huì)受到不確定因素的影響,而出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)隱患問題。因此,唯有優(yōu)化與改進(jìn)高速鐵路通信系統(tǒng)才能夠從根本上實(shí)現(xiàn)對高速鐵路的安全管理。
高速鐵路列車具備的智能化特點(diǎn)與無人化特點(diǎn)對鐵路移動(dòng)通信功能及作用效果具有直接影響?;诖耍哞F通信系統(tǒng)必須結(jié)合高速鐵路的發(fā)展方向,加強(qiáng)對鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)的可靠管理。近些年來,隨著高速鐵路的發(fā)展與建設(shè),鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)該結(jié)合安全性原則與穩(wěn)定性原則,滿足高鐵發(fā)展的需求。結(jié)合國際發(fā)展情況來看,以GSM-R(綜合專用數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng))為主的系統(tǒng)成為當(dāng)前高鐵通信系統(tǒng)比較常見的類型。從運(yùn)作效果來看,綜合專用數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了列車調(diào)度與監(jiān)控管理的功能要求,且在滿足旅客通信需求方面也比以往有了明顯加強(qiáng)。然而,隨著智能調(diào)度系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的不斷應(yīng)用,傳統(tǒng)技術(shù)內(nèi)容已經(jīng)無法滿足當(dāng)前高鐵通信系統(tǒng)的運(yùn)作需求,尤其是數(shù)據(jù)傳輸需求。
主要體現(xiàn)在旅客在列車上的通信質(zhì)量不佳,無法實(shí)現(xiàn)視頻、語音通信等功能。近日,研究人員針對高鐵列車通信基站范圍及作用效果提出了多種方案措施,目的在于確保通信質(zhì)量與網(wǎng)絡(luò)連接之間始終呈現(xiàn)高效率關(guān)系。一般來說,通信系統(tǒng)需要每隔6 s 就自動(dòng)切換一次,但是在切換的過程中,由于高鐵運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜,因此在穩(wěn)定性方面難以得到有效保證??紤]到其他因素的影響,如4G 通信技術(shù)系統(tǒng)頻率較快,再加上受到多普勒效應(yīng)的影響,很容易造成信號(hào)傳輸過程的錯(cuò)位傳輸現(xiàn)象。雖然當(dāng)前利用補(bǔ)償算法可以抑制上述不良現(xiàn)象,但是作用效果還是無法達(dá)到預(yù)期,因此在高鐵上如果想實(shí)現(xiàn)正常通話或者上網(wǎng)功能還是需要經(jīng)過一定的努力,才可以達(dá)到預(yù)期。
5G 通信技術(shù)主要是指第五代移動(dòng)通信技術(shù),屬于一種延續(xù)4G 通信技術(shù)優(yōu)勢及特點(diǎn)的技術(shù)內(nèi)容[1]。5G 通信技術(shù)主要結(jié)合移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程作為5G 系統(tǒng)的內(nèi)在技術(shù)支持,基本上為云計(jì)算與后臺(tái)服務(wù)的優(yōu)化發(fā)展提供了潛在可能。相較于4G 通信技術(shù),5G 通信技術(shù)在應(yīng)用方面攻克了4G 通信技術(shù)的不足,具體表現(xiàn)在2 個(gè)方面。1)5G通信技術(shù)主動(dòng)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢,在拓寬數(shù)據(jù)傳輸范圍方面取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。相較于4G 技術(shù)而言,5G 通信技術(shù)傳輸速度得到了進(jìn)一步加強(qiáng)。即便處于不穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)下,信息傳送量也可以達(dá)到常規(guī)狀態(tài),解決以往4G技術(shù)運(yùn)輸不穩(wěn)定問題。2)5G 通信技術(shù)解決了以往移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站覆蓋面不足的問題。正式傳輸過程中,5G 通信技術(shù)打破了傳統(tǒng)覆蓋范圍的局限問題,即便不在基站覆蓋范圍當(dāng)中,也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸過程??梢哉f,5G 通信技術(shù)的出現(xiàn)與應(yīng)用,無疑彌補(bǔ)了4G 通信技術(shù)的不足,為未來社會(huì)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展提供內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力。
無線移動(dòng)通信技術(shù)歷經(jīng)多代發(fā)展,已經(jīng)從原本的4G 通信技術(shù)過渡到5G 通信技術(shù)體系當(dāng)中。早在2012 年,隨著第四代通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)踐行之后,移動(dòng)通信行業(yè)就已經(jīng)針對第五代通信技術(shù)開展了精細(xì)化研究與分析[2]。像三星、聯(lián)發(fā)科等眾多廠商都全力針對5G 通信技術(shù)芯片研究工作進(jìn)行充分實(shí)踐。目前,國內(nèi)移動(dòng)運(yùn)營商、聯(lián)通運(yùn)營商以及電信運(yùn)營商紛紛在一線城市當(dāng)中建設(shè)屬于自身的5G 網(wǎng)絡(luò)試點(diǎn)。
根據(jù)當(dāng)前的情況來看,5G 網(wǎng)絡(luò)試點(diǎn)預(yù)計(jì)在明年就可以實(shí)現(xiàn)商用。相較于成熟并且廣泛應(yīng)用的4G 通信系統(tǒng),5G通信系統(tǒng)所具備的低成本、傳輸速率高等特點(diǎn),更加適用于當(dāng)前時(shí)代。如圖1 所示,5G 通信系統(tǒng)可以支持500 km/h的終端移動(dòng)速度要求,這一舉措的出現(xiàn)與應(yīng)用進(jìn)一步促進(jìn)了高鐵通信系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)程,具有非常重要的意義。
具備高傳輸特點(diǎn)的5G 通信系統(tǒng)在一定程度上可以為列車運(yùn)行過程提供實(shí)時(shí)監(jiān)控保證。通過運(yùn)用高速鐵路列車自帶的檢測設(shè)備,可以實(shí)現(xiàn)對高鐵列車路軌情況的全面監(jiān)督與管理,并且可以及時(shí)將列車運(yùn)行過程中涉及的數(shù)據(jù)內(nèi)容上傳到本地?cái)?shù)據(jù)庫當(dāng)中。操作人員通過調(diào)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)內(nèi)容,可以針對系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在的故障問題進(jìn)行精準(zhǔn)檢測。操作人員可以根據(jù)具體問題制定科學(xué)、合理的解決措施,以期可以減少高鐵列車運(yùn)行的質(zhì)量問題。同時(shí),5G 通信系統(tǒng)基于可以實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)端到端時(shí)延的特點(diǎn),基本上可以進(jìn)一步強(qiáng)化設(shè)備的連接密度,確保列車運(yùn)行過程安全無誤。
近些年來,隨著移動(dòng)設(shè)備與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)?;l(fā)展,移動(dòng)設(shè)備在線視頻觀看頻率已經(jīng)超出傳統(tǒng)在線視頻觀看時(shí)長。目前,隨著移動(dòng)視頻的普及應(yīng)用,移動(dòng)視頻清晰度已經(jīng)從原本的標(biāo)清提升到高清,乃至當(dāng)前的4K 超清。但是從當(dāng)前的情況來看,現(xiàn)有的4G 系統(tǒng)難以滿足4K 超清的要求,且在帶寬穩(wěn)定性方面也難以達(dá)到規(guī)定要求。而5G 通信系統(tǒng)的出現(xiàn)與應(yīng)用無疑是給4K 超清移動(dòng)視頻提供了良好的技術(shù)支持。高鐵列車上的乘客可以運(yùn)用5G 網(wǎng)絡(luò)觀看超高清視頻,實(shí)現(xiàn)通話、監(jiān)控等功能效果[3]。
高鐵列車沿線地形特征較為復(fù)雜,經(jīng)常會(huì)遇到隧道、樹木等,給高鐵列車運(yùn)行質(zhì)量帶來隱患。在這樣的發(fā)展情況下,衛(wèi)星信號(hào)反射過程容易受到高層建筑物或者樹木的影響而出現(xiàn)屏蔽現(xiàn)象。5G 通信系統(tǒng)的出現(xiàn)與應(yīng)用,使得高鐵列車可以借助5G 網(wǎng)絡(luò),獲取衛(wèi)星輔助數(shù)據(jù),得到具體位置信息。
5G 系統(tǒng)憑借自身速率高、穩(wěn)定性高、時(shí)延性低等特點(diǎn),有效地促進(jìn)了高速鐵路通信系統(tǒng)的全面發(fā)展。初步改善了高速鐵路通信系統(tǒng)穩(wěn)定效果差、承載效果不佳以及易受周圍因素干擾等問題,促使列車運(yùn)行過程的網(wǎng)絡(luò)連接效果、智能化運(yùn)行效果不斷向安全性與穩(wěn)定性方向發(fā)展。根據(jù)當(dāng)前的應(yīng)用情況來看,5G 系統(tǒng)與Wi-Fi 技術(shù)的融合組網(wǎng)措施已經(jīng)得到良好運(yùn)用,并且通過衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)與5G 系統(tǒng)相結(jié)合的方式,初步改善了當(dāng)前高速鐵路通信系統(tǒng)存在的運(yùn)行質(zhì)量問題。雖然從客觀角度上來看,5G 高速鐵路通信系統(tǒng)尚未得到廣泛推行與使用,但是相信在不久的將來,高速鐵路通信系統(tǒng)在5G 環(huán)境下勢必會(huì)得到良好應(yīng)用。
圖1 5G 的傳輸速度