5G時代來臨，各種行業(yè)的無線通信需求必將得到極大的釋放和滿足。分析了軌道交通行業(yè)的無線通信業(yè)務的特點及其對5G通信網(wǎng)絡的需求，面對以地下隧道為主、行車速度較快、通信終端集中移動等特點的軌道交通應用場景復雜性，提出了5G技術(shù)在軌道交通環(huán)境下的應用方式和面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)，同時，還針對5G在軌道交通行業(yè)的組網(wǎng)應用模式進行了分析和研究，分析了自建專網(wǎng)與運營商合作方式兩種解決方案的優(yōu)缺點、存在的主要問題和限制，給出了組網(wǎng)建議。
近年來我國城市軌道交通進入建設高潮，軌道交通在城市出行的比重越來越高，軌道線路的大量開通運營也驅(qū)動了軌道交通相關(guān)專業(yè)的技術(shù)發(fā)展。隨著軌道交通運營智能化升級、全自動無人駕駛技術(shù)的廣泛應用，越來越多的數(shù)據(jù)和信息需要通過引入先進的無線通信方式實現(xiàn)更高效快速傳輸。
目前應用于軌道交通行業(yè)的無線技術(shù)有以下幾種（此處不考慮警用通信，按技術(shù)出現(xiàn)的先后順序排列）：
（1）Tetra（Terrestrial Trunked Radio，陸地集群無線電）數(shù)字集群通信系統(tǒng)由ETSI（歐洲通信標準協(xié)會）制訂標準，于1988年開始投入。Tetra屬于窄帶集群技術(shù)，常用于承載軌道交通無線語音集群調(diào)度業(yè)務，有逐步被LTE-M替代的趨勢。
（2）WLAN（Wireless Local Area Networks，無線局域網(wǎng)絡），基于IEEE802.11標準的無線局域網(wǎng)技術(shù)，使用非授權(quán)的ISM頻段中的2.4 GHz或5.8 GHz頻段進行無線通信。早期列控信號也采用WLAN技術(shù)承載，由于非授權(quán)頻段上的干擾問題，易造成無線通信質(zhì)量下降，影響行車安全。目前有部分地鐵線路采用WLAN技術(shù)承載大帶寬的視頻類業(yè)務。
（3）LTE-M（Long Term Evolution-Metro，地鐵長期演進系統(tǒng)），由中國城市軌道交通協(xié)會組織制定標準，以LTE（公網(wǎng)4G）標準為基礎，針對軌道交通無線業(yè)務需求進行增強，適用于城市軌道交通的寬帶無線傳輸技術(shù)，支持寬帶集群調(diào)度功能（包括語音集群和視頻集群業(yè)務）。LTE-M廣泛應用于地鐵車地無線通信，優(yōu)先承載列控信號和集群調(diào)度業(yè)務，亦可綜合承載視頻類業(yè)務（取決于頻率帶寬）。
（4）EUHT（Enhanced Ultra High Throughput，超高速移動通信技術(shù)），由新岸線公司設計開發(fā)，應用于5.8 G非授權(quán)頻段，融合了LTE和WLAN的技術(shù)特點，利用非授權(quán)頻段的大帶寬，通過載波聚合提升數(shù)據(jù)傳輸能力。目前有部分地鐵線路采用EUHT技術(shù)承載大帶寬的視頻類業(yè)務。
（5）LTE-U（Long Term Evolution-Unlicense，基于非授權(quán)頻段的LTE），應用于5.8 G非授權(quán)頻段，采用LTE網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和協(xié)議，利用非授權(quán)頻段的大帶寬，通過載波聚合提升數(shù)據(jù)傳輸能力。目前有部分地鐵線路采用LTE-U技術(shù)承載大帶寬的視頻類業(yè)務。
上述幾種傳統(tǒng)技術(shù)各有特點，在不同的條件下均有應用，但并沒有一種技術(shù)能同時滿足所有軌道交通無線業(yè)務的需求。
第五代通信技術(shù)（5G）已經(jīng)在我國運營商市場商用，5G可支持高數(shù)據(jù)速率、低延遲、高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設備連接。5G技術(shù)在軌道交通行業(yè)的應用和實施目前還屬于起步階段，有些城市地鐵開通了5G服務，但5G覆蓋僅限于站臺站廳區(qū)域，目前還沒有正式開通5G覆蓋地鐵隧道的項目。
本文分析了軌道交通無線通信業(yè)務需求（包括未來業(yè)務的發(fā)展趨勢）、5G技術(shù)在軌道交通環(huán)境下的應用限制、5G在軌道交通的組網(wǎng)模式等，給出5G在軌道交通行業(yè)應用和解決方案建議，希望為后續(xù)推廣軌道交通5G應用起到參考作用。
1 軌道交通無線業(yè)務需求
傳統(tǒng)軌道交通無線業(yè)務包括：CBTC（Communication Based
Train Control System，列控信號）、集群列調(diào)、緊急文本、列車運行狀態(tài)監(jiān)測信息、CCTV（Closed Circuit Television，視頻監(jiān)控）、PIS（Passenger Information System，乘客信息系統(tǒng)）等。
目前普遍應用的LTE-M軌道交通無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)，主要由核心網(wǎng)、BBU、RRU和車載終端構(gòu)成。軌道交通無線通信主要服務于列車，需要沿軌道進行無線覆蓋，漏纜比較適合這種線狀的覆蓋場景。由于列控CBTC業(yè)務影響行車安全，其可靠性要求非常高，因此軌道交通無線系統(tǒng)采用A/B雙網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)，一般A網(wǎng)承載綜合業(yè)務（包括列控信號、集群列調(diào)、緊急文本、列車運行狀態(tài)監(jiān)測信息、視頻監(jiān)控、PIS等）、B網(wǎng)單獨承載列控業(yè)務。列控信號數(shù)據(jù)會同時在A網(wǎng)和B網(wǎng)中傳輸，保證列控信號數(shù)據(jù)的高可靠要求。
在軌道場景下，LTE-M系統(tǒng)的站間距可達到1.2km，LTE-M規(guī)范要求一個小區(qū)內(nèi)支持最多6列車的通信，綜合承載多種業(yè)務時，單個小區(qū)需要傳輸?shù)淖钚∩舷滦袠I(yè)務量約為14 Mbit·s-1/4 Mbit··s-1。
LTE-M采用1.8 GHz專網(wǎng)頻段（1 785—1 805MHz），該頻段為多個行業(yè)共用，通常地鐵只能分到10MHz帶寬。
表2是LTE-M系統(tǒng)在不同帶寬、不同時隙配比、支持MIMO等條件下單小區(qū)上下行理論峰值速率。該數(shù)據(jù)是在無線條件非常好、終端能力非常強、不考慮相鄰小區(qū)干擾的情況下計算得出的。
對照表2，在采用雙漏纜覆蓋、時隙配比0（1DL：3UL）、
5 MHz頻率組網(wǎng)等條件下，單小區(qū)的理論峰值速率為下行12.75 Mbit··s-1、上行8.12 Mbit··s-1。實際無線環(huán)境下LTE系統(tǒng)傳輸速率只能達到理論值的40%左右，即下行約為5.1 Mbit··s-1、上行約為3.25 Mbit··s-1。
因此現(xiàn)有頻率條件下，LTE-M系統(tǒng)的傳輸能力已經(jīng)無法滿足同時承載全部上述業(yè)務。
隨著軌道交通行業(yè)信息技術(shù)和控制技術(shù)不斷更新，上述傳統(tǒng)軌道交通無線業(yè)務也在不斷發(fā)展和升級，具體需求會有以下變化。
（1）列控信號業(yè)務：無人駕駛技術(shù)已經(jīng)開始規(guī)模應用，下一代列控技術(shù)（俗稱車車通信）正在研發(fā)，列控數(shù)據(jù)速率將更大（Mbit··s-1級別）、端到端業(yè)務時延將更小（50 ms級）。
（2）集群業(yè)務：集群語音業(yè)務自Tetra應用以來業(yè)務需求比較穩(wěn)定，將來也不會有太大變化。隨著寬帶集群的應用，視頻組呼應用會越來越多，其對無線傳送通道的帶寬需求較大。
（3）列車運行狀態(tài)監(jiān)測：在全自動運營模式下，列車運行狀態(tài)監(jiān)測信息的數(shù)據(jù)量會增多，上報周期更短。
（4）視頻監(jiān)控業(yè)務：每列車約有攝像頭30個，高清格式時每路速率約為2 Mbit/s，全自動駕駛時要求所有攝像頭的圖像均能實時上傳，這將是最大的上行業(yè)務需求。
（5）PIS業(yè)務：PIS業(yè)務采用組播方式傳輸，目前一條線路只有一套PIS視頻，在帶寬允許的條件下可以同時發(fā)送多套PIS視頻，同一車廂的不同顯示屏上播放不同內(nèi)容。
除了上述傳統(tǒng)軌道交通業(yè)務外，還會有大量新業(yè)務涌現(xiàn)，可具體劃分為面向列車運行、面向運營維護、面向乘客出行、面向應急防災等幾大類[2-3]。
（1）面向列車運行
1）寬帶視頻呼叫：實現(xiàn)列車與地面之間的視頻調(diào)度通信。比如車內(nèi)乘客通過緊急呼叫功能與調(diào)度員通話，調(diào)度員可看到乘客畫面。
2）下一代列控數(shù)據(jù)：主要是列車運行控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)、列車控制管理數(shù)據(jù)及緊急文本數(shù)據(jù)傳輸，對時延要求高，并且需要優(yōu)先保障數(shù)據(jù)帶寬，用于保障列車的安全運行。
3）超高清視頻流：列車CCTV視頻監(jiān)控及PIS視頻播放，要求清晰度更高。
4）3D可視化行車環(huán)境：通過VR技術(shù)，實現(xiàn)列車運行軌道的可視和可控。
（2）面向運營維護
軌道交通內(nèi)需要維護的設施多、分布點多面廣、維護工作量巨大，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采集各系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)、工務系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過無線通信系統(tǒng)上傳給專業(yè)維護平臺，用于實時監(jiān)控各個系統(tǒng)的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)可能的隱患，由被動維護轉(zhuǎn)為智能監(jiān)管，提高整個軌道交通系統(tǒng)的維護效率和系統(tǒng)安全性。
（3）面向乘客出行
通過高速無線通信系統(tǒng)實現(xiàn)地鐵網(wǎng)絡購票，實時查尋車輛到/發(fā)站信息、車站擁擠情況，定位軌道交通內(nèi)商業(yè)網(wǎng)點等，為乘客出行提供參考，提高軌道交通的服務水平和舒適度。
（4）面向應急防災
城市軌道交通列車發(fā)車密度高、客流量大，隧道環(huán)境復雜，一旦出現(xiàn)緊急情況，需要能及時反應，可以通過高速無線通信系統(tǒng)進行現(xiàn)場情況直播和應急調(diào)度，提高應急處理效率。
2 軌道交通無線業(yè)務的承載方式建議
根據(jù)上節(jié)需求分析，軌道交通無線業(yè)務類型越來越豐富、對數(shù)據(jù)傳輸速率需求（尤其是上行速率）也在成倍增加，僅采用LTE-M無線系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足所有業(yè)務需求。
對于是否可以通過5G系統(tǒng)來承載全部軌道交通無線業(yè)務，而不用建設4G LTE-M系統(tǒng)這個問題，答案是否定的，理由如下：
（1）5G技術(shù)還未完全成熟，完整的5G版本標準（R16）將于2020年上半年發(fā)布;針對軌道交通應用場景，還有很多技術(shù)和工程問題需要優(yōu)化，如隧道環(huán)境下的無線覆蓋方式等。
（2）目前未分配5G行業(yè)專用頻段，必須與運營商共用網(wǎng)絡，對于特別重要的安全類業(yè)務，地鐵業(yè)主希望能夠自己管控。
（3）如果采用5G系統(tǒng)承載列控，需要AB網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)，需要建設重疊覆蓋的2張5G網(wǎng)絡，目前5G設備的成本非常高。
（4）現(xiàn)階段的5G標準還不支持集群功能，R17版本將引入集群，預計2021年底發(fā)布標準。
所以雖然公網(wǎng)已經(jīng)進入5G時代，但在軌道交通行業(yè)中5G還不能馬上替代其他傳統(tǒng)技術(shù)，例如LTE-M仍會長期服務于軌道交通行業(yè)，用于承載速率較小、可靠性要求高的關(guān)鍵業(yè)務。建議以是否影響行車安全來區(qū)分業(yè)務類別，安全類業(yè)務（列控、列調(diào)）采用LTE-M網(wǎng)絡承載，其他業(yè)務可以通過5G網(wǎng)絡承載。列控、列調(diào)（語音）承載于1.8 G LTE-M專網(wǎng)，專用頻段、技術(shù)成熟、設備穩(wěn)定，可保證列車運行的安全性，滿足10年內(nèi)的列車控制應用要求。CCTV、PIS等大帶寬視頻業(yè)務適合采用5G網(wǎng)絡承載，還可進一步挖掘5G網(wǎng)絡的低時延、高可靠性能力，拓展面向運營維護、乘客出行和應急防災等方向的新應用。
3 5G技術(shù)在軌道交通環(huán)境下的應用分析
本節(jié)分析5G主要增強技術(shù)[4]（參照公網(wǎng)部署方式）的適用條件，然后從軌道交通無線環(huán)境（包括高鐵）和部署條件、應用場景等角度分析這些增強技術(shù)在軌道交通環(huán)境下的應用限制和效果，試圖從技術(shù)角度給軌道交通5G無線系統(tǒng)做一些定性的分析。
（1）Massive MIMO
Massive MIMO（Massive Multiple-Input Multiple-Output，大規(guī)模多入多出天線）[5]，通過大規(guī)模天線，基站可以在三維空間形成具有高空間分辨能力的高增益窄細波束，能夠提供更靈活的空間復用能力，改善接收信號強度并更好地抑制用戶間干擾，從而實現(xiàn)更高的系統(tǒng)容量和頻譜效率。
在軌道交通環(huán)境下，需要沿軌道進行無線信號覆蓋，場景以隧道和高架為主。列車數(shù)量不多，但每列車的傳輸數(shù)據(jù)量大（尤其是上行）。如果考慮乘客上網(wǎng)，則整列車上有幾百上千的終端，密集位于車廂中，幾乎同時進行頻繁的切換過程。
軌道交通一般采用漏纜覆蓋，并且漏纜部署的數(shù)量有限（2根或4根），單根漏纜中的無線信號在終端看來就是基站的一個端口發(fā)送的信號，因此無法實現(xiàn)超過4個端口的信號收發(fā)。如果采用天線覆蓋，隧道環(huán)境狹小、拐彎和上下坡度等條件將影響天線的覆蓋，特別是5G采用更高的頻段。
另外，列車車廂中用戶非常集中，多用戶MIMO所要求的用戶分布在不同角度的條件無法滿足。
基于以上分析，多天線技術(shù)這個5G最重要的增強技術(shù)在軌道交通場景下性能很難發(fā)揮。
（2）大帶寬設計
5G以超大帶寬為特征，三大運營商已經(jīng)分配的公網(wǎng)5G頻率帶寬為100 MHz（中國電信、中國聯(lián)通）/160 MHz（中國移動），大系統(tǒng)帶寬不限應用場景，在軌道交通應用場景下，大帶寬可以提供更高的系統(tǒng)傳輸能力。
（3）超密集組網(wǎng)
在公網(wǎng)地面覆蓋場景，由于5G頻段普遍較高，無線信號空間傳播衰減大，需要更加密集的部署基站，尤其針對高頻段，站間距可能在數(shù)十米量級，因此5G的超密集組網(wǎng)是公網(wǎng)的主要特征之一。而軌道交通場景以線狀覆蓋為主，如果基站部署太密集，則列車在運行中會頻繁切換，而且車廂中大量乘客集中切換，還帶來復雜的移動性問題。基于以上原因，在軌道交通應用場景中建議采用低頻段實現(xiàn)軌道的無線覆蓋，不宜采用超密集組網(wǎng)。在車輛段、停車場、大的車站可以采用超密集組網(wǎng)模式，提升系統(tǒng)容量。
（4）Mini-slot微小子幀調(diào)度/免調(diào)度傳輸
Mini-slot微子幀調(diào)度和免調(diào)度適用于URLLC場景[6]，可以與eMBB共享無線資源，對系統(tǒng)的調(diào)度能力提出了很高的要求。常規(guī)地鐵項目目前還沒有時延要求特別高的業(yè)務。在高速磁浮列車（600 km/h）系統(tǒng)中定位數(shù)據(jù)要求端到端單向時延小于5 ms。在應用Mini-slot微小子幀調(diào)度時5G無線側(cè)可以支持小于1 ms的空口時延，但針對高速磁浮PWR業(yè)務的時延要求，還需結(jié)合有線組網(wǎng)和邊緣計算等技術(shù)綜合設計方案。
（5）半靜態(tài)上下行時隙配比
目前公網(wǎng)主要使用2.5 ms雙周期、2.5 ms單周期、2ms單周期等配置，上行資源最多30%[7]，滿足公網(wǎng)用戶下載數(shù)據(jù)大于上傳數(shù)據(jù)的要求。而軌道交通無線數(shù)據(jù)的上下行比例取決于承載的業(yè)務類型，初期以承載PIS和CCTV為主，上行視頻回傳業(yè)務量非常大，需要使用上行比例更大的時隙配比。綜合考慮公網(wǎng)用戶和軌道交通專用用戶的業(yè)務上下行比例，可能在不同時段內(nèi)還會有較大波動，因此半靜態(tài)的上下行時隙配比調(diào)整可提高系統(tǒng)總的傳輸能力。
（6）下行控制信道波束賦型
在公網(wǎng)中為了提高小區(qū)覆蓋，采用波束賦型、波束掃描的方式來發(fā)送下行控制信道[8]，達到增大小區(qū)覆蓋半徑的效果。在軌道交通應用場景中也希望能擴大小區(qū)覆蓋，在隧道采用漏纜覆蓋時，波束賦型基本沒有作用，無法體現(xiàn)效果。在天線覆蓋區(qū)域，要求波束跟蹤列車運行軌跡，不能按常規(guī)方式掃描，需要特別優(yōu)化設計。
（7）上行覆蓋增強
在較高頻段（3.5 GHz頻段）部署宏網(wǎng)無縫覆蓋的5G系統(tǒng)時，可能存在上行傳輸覆蓋受限和數(shù)據(jù)速率受限問題，可以采用全上行載波（SUL）方案或者載波聚合方式解決該問題。
在軌道交通應用場景中，漏纜環(huán)境下，就單一頻段做鏈路預算分析，受限的信道如果是上行業(yè)務信道，可以采用此技術(shù)。在天線覆蓋區(qū)域，一般都是上行業(yè)務信道受限，也可以采用此技術(shù)。需要同時使用低頻段上行覆蓋軌道周邊。
（8）靈活的系統(tǒng)參數(shù)、參考信號設計
5G標準支持靈活配置系統(tǒng)參數(shù)（如時隙結(jié)構(gòu)）和參考信號，可以針對不同的應用場景、業(yè)務比例、用戶位置等，進行優(yōu)化配置，提高系統(tǒng)效率。軌道交通應用場景比較特殊，需要在運行一段時間后優(yōu)化出一套適用于特點軌道交通線路的參數(shù)配置。
（9）信道反饋增強
為了提高信道估計準確性，提高業(yè)務數(shù)據(jù)傳輸速率，5G中對信道反饋進展進行了很多增強。該技術(shù)取決于信道環(huán)境，軌道交通以列車為整體移動，信道條件變化快，用戶間干擾大，可能較難實現(xiàn)好的效果。
（10）非正交傳輸
采用非正交傳輸技術(shù)，可以在信道環(huán)境較穩(wěn)定的條件下提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)吞吐量。該技術(shù)取決于信道環(huán)境，軌道交通以列車為整體移動，信道條件變化快，用戶間干擾大，較難實現(xiàn)。
基于以上分析，在軌道交通應用環(huán)境下，部分5G技術(shù)實際很難發(fā)揮最佳性能，需要結(jié)合實際工程環(huán)境設計部署方案，并進行系統(tǒng)優(yōu)化，才能達到較好的性能。主要優(yōu)化方向包括：研制適合5G頻段和隧道場景的的漏纜和天線，研究地鐵隧道環(huán)境下的信道模型、優(yōu)化高速移動時多普勒頻移的補償算法等。工程方面需要結(jié)合實際使用的頻段確定合適的站間距和布站原則。
4 5G引入軌道交通行業(yè)的網(wǎng)絡架構(gòu)選擇
基于當前產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和頻率政策，軌道交通行業(yè)要使用5G網(wǎng)絡必須與運營商合作，使用公網(wǎng)5G頻率。本節(jié)以城市軌道交通（地鐵）無線通信系統(tǒng)為例，分析引入5G后，不同網(wǎng)絡架構(gòu)的功能劃分和構(gòu)成[9-10]，以及外部合作方式、頻率使用等問題。圖中黃色模塊為地鐵設備，淡藍色模塊為公網(wǎng)運營商設備。
5G軌道交通無線網(wǎng)絡架構(gòu)有以下幾種方式。
（1）模式一，地鐵自建5G核心網(wǎng)、共享運營商基站資源，如圖2所示。
地鐵業(yè)主自建支持SA（Standalone，獨立組網(wǎng)）的5G核心網(wǎng)，共享運營商建設的5G NR（New Radio，5G無線的簡稱）基站，組成完整的SA架構(gòu)5G網(wǎng)絡。
原有4G專用網(wǎng)絡維持不變（承載傳統(tǒng)安全類軌道交通無線業(yè)務），兩張網(wǎng)獨立部署。
運營商的5G NR基站還會連接到公網(wǎng)核心網(wǎng)5GC，組成一張公眾5G網(wǎng)絡，供地鐵乘客使用。
分析如下：
1）運營商建設接入網(wǎng)（5G NR基站），地鐵業(yè)主自建專用5G核心網(wǎng)，連接運營商的5G基站，共享5G接入網(wǎng)。
2）地鐵設備與公網(wǎng)設備只在基站處有接口。
3）地鐵業(yè)務數(shù)據(jù)流不通過運營商的傳輸網(wǎng)絡和核心網(wǎng)。
4）地鐵業(yè)主對網(wǎng)絡的可管可控度較高，業(yè)務安全性好，可以自主為地鐵5G終端放號。
5）地鐵終端的控制面和用戶面均連接到地鐵核心網(wǎng)，與公網(wǎng)無信息交互。
6）如果運營商對5G接入網(wǎng)進行升級、維護，可能影響軌道交通業(yè)務的傳輸。
（2）模式二，利用運營商5G網(wǎng)絡、配置MEC設備本地分流數(shù)據(jù)，如圖3所示。
運營商建設公網(wǎng)，軌道交通行業(yè)用戶終端使用運營商網(wǎng)絡服務，通過自建（或由運營商建設）的MEC（Multi-access Edge Computing，多接入邊緣計算）網(wǎng)元實現(xiàn)本地數(shù)據(jù)分流，視頻流直接由MEC網(wǎng)元接入軌道交通業(yè)務平臺，不需要由基站傳輸?shù)焦W(wǎng)核心網(wǎng)再回傳到軌道交通業(yè)務平臺。
原有4G專用網(wǎng)絡維持不變，兩張網(wǎng)獨立部署。
分析如下：
1）這種模式網(wǎng)絡比較簡單，運營商提供5G服務，行業(yè)用戶通過5G終端使用運營商的服務。
2）地鐵設備與公網(wǎng)設備只在基站處有接口。
3）行業(yè)自建MEC網(wǎng)元，部署在本地機房，實現(xiàn)數(shù)據(jù)本地分流。減少對運營商傳輸網(wǎng)絡的壓力。
4）終端用戶的管理完全由運營商控制。終端需要注冊到公網(wǎng)核心網(wǎng)，控制面由運營商網(wǎng)絡提供。
（3）模式三，行業(yè)終端接入運營商5G網(wǎng)絡，無其他自建設備，如圖4所示：
運營商建設5G公網(wǎng)，地鐵用戶終端接入5G公網(wǎng)，使用運營商5G網(wǎng)絡提供的服務。運營商根據(jù)需要為行業(yè)用戶設置專用網(wǎng)絡切片（包括核心網(wǎng)、傳輸網(wǎng)、接入網(wǎng)），確保滿足行業(yè)用戶的業(yè)務需求。
原有4G專用網(wǎng)絡維持不變，兩張網(wǎng)獨立部署。
分析如下：
1）這種模式最簡單，運營商提供5G服務，行業(yè)5G終端使用公網(wǎng)服務。
2）所有業(yè)務數(shù)據(jù)都需要通過公網(wǎng)核心網(wǎng)再回傳到軌道交通業(yè)務平臺，軌道交通業(yè)務平臺與公網(wǎng)有接口。
3）大帶寬視頻流數(shù)據(jù)對傳輸網(wǎng)絡造成較大壓力，也會增加傳輸時延。
4）終端用戶的管理完全由運營商控制。
（4）模式四，地鐵行業(yè)自建5G網(wǎng)絡（取決于是否有自主頻率資源），如圖5所示：
行業(yè)用戶自建5G NR基站，同時部署5G核心網(wǎng)，組成完整的SA架構(gòu)的5G專用網(wǎng)絡，根據(jù)業(yè)務需求支持低時延、超大鏈接等增強能力。
原有4G網(wǎng)絡維持不變，兩張網(wǎng)獨立部署。
分析如下：
1）如果未來國家正式分配5G行業(yè)專用頻段，則地鐵業(yè)主可以完全自建5G專網(wǎng)，與運營商網(wǎng)絡相互獨立。
2）或者采用非授權(quán)頻段（如5.8 G非授權(quán)頻段，總共125 MHz），使用其中部分頻段（例如80 MHz頻寬）建設5G專網(wǎng)，采用3GPP R16 NR-U技術(shù)（標準將于2020年中完成）。
需避免與目前使用的WLAN/EUHT/LTE-U系統(tǒng)的干擾問題。
根據(jù)以上分析，現(xiàn)階段軌道交通行業(yè)如果要使用5G技術(shù)，必須與運營商合作。從商業(yè)合作角度來看，運營商可能會選擇模式二，網(wǎng)絡比較簡單，而且軌道交通業(yè)務本地分流不會給運營商的傳輸網(wǎng)絡帶來較大壓力，但地鐵業(yè)主可能傾向于模式一，希望在共享接入網(wǎng)的基礎上最大化自主控制。
長遠來看，如果將來分配了5G行業(yè)專用頻率，地鐵業(yè)主自建5G網(wǎng)絡將是最佳選擇。或者采用5.8 G非授權(quán)頻段建設NR-U行業(yè)專網(wǎng)，也是一個不錯的選擇。
5結(jié)束語
本文首先介紹現(xiàn)有軌道交通無線技術(shù)，分析軌道交通業(yè)務需求以及業(yè)務發(fā)展趨勢，現(xiàn)有技術(shù)無法完全滿足多樣的業(yè)務需求（主要是業(yè)務速率要求越來越高）。針對5G技術(shù)引入軌道交通行業(yè)，建議安全類業(yè)務（列控、列調(diào)）采用LTE-M網(wǎng)絡承載，CCTV、PIS等大帶寬視頻業(yè)務采用5G網(wǎng)絡承載，還可進一步挖掘5G網(wǎng)絡的低時延、高可靠性能力，拓展面向運營維護、乘客出行和應急防災等方向的新應用。進一步，詳細分析了5G主要增強技術(shù)的適用條件，從軌道交通無線環(huán)境和部署條件、應用場景等角度分析這些增強技術(shù)在軌道交通環(huán)境下的應用限制，提出了優(yōu)化方向。最后，以城市軌道交通（地鐵）無線通信系統(tǒng)為例，分析引入5G后不同網(wǎng)絡架構(gòu)的功能劃分和構(gòu)成，以及外部合作方式、頻率使用等問題。
5G在軌道交通行業(yè)的應用即將全面展開，其中大帶寬業(yè)務需求最為急迫，基于軌道交通行車安全第一的原則，傳統(tǒng)的列控和列調(diào)業(yè)務建議仍舊采用LTE-M技術(shù)承載，其他業(yè)務可以先行采用兩種模式同時承載的方式進行試驗和過渡，待5G在軌道交通環(huán)境下的部署方案成熟穩(wěn)定后再全部由5G承載。
關(guān)于軌道交通行業(yè)的5G網(wǎng)絡架構(gòu)，近期宜考慮與運營商合作的模式，共用無線接入網(wǎng)，達到減少投資和維護工作量的目的。為了更好地管控軌道交通業(yè)務，有條件的業(yè)主可以自建5G核心網(wǎng)，或者設置本地邊緣計算設備，實現(xiàn)行業(yè)業(yè)務的本地分流，還可減小傳輸時延。
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作者簡介
毛磊（orcid.org/0000-0001-5428-1125）：碩士畢業(yè)于電信科學技術(shù)研究院，現(xiàn)任職于北京中興高達通信技術(shù)有限公司（中興通訊子公司），十余年移動通信標準研究經(jīng)歷，目前主要從事5G行業(yè)無線方案研究工作，獲2017年度中國通信標準化協(xié)會科學技術(shù)進步獎一等獎，已獲授權(quán)中國發(fā)明專利80項、PCT專利30項。
翟浩杰：碩士畢業(yè)于南京理工大學，現(xiàn)任職于北京中興高達通信技術(shù)有限公司（中興通訊子公司），長期從事移動通信產(chǎn)品開發(fā)和行業(yè)應用工作，目前致力于新一代無線寬帶技術(shù)在軌道交通行業(yè)的應用研究和推廣。
尹尚國：碩士畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學，現(xiàn)任職于北京中興高達通信技術(shù)有限公司（中興通訊子公司），長期從事移動通信系統(tǒng)外場測試和應用示范研究工作，目前致力于新一代無線寬帶技術(shù)在軌道交通行業(yè)的應用研究和推廣。
來源： 移動通信 2020年1期 毛磊 翟浩杰 尹尚國
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