Приложение на 5G в градския железопътен транспорт

I{0}}G Общ преглед

( I ) Ключова технология за 5G Първо, широко{1}}технология за антенна решетка. Чрез подреждане на голям брой антени, широко{3}}мащабните антенни решетки могат да реализират пространствено мултиплексиране с висока-плътност и да подобрят спектралната ефективност и капацитет на системата. Това позволява на 5G да предоставя високо-скоростни, стабилни връзки за голям брой потребители и да отговаря на нарастващите им комуникационни нужди. Второ, технология с милиметрови вълни. Милиметровите вълни се отнасят за електромагнитни вълни с честота 30-300 GHz, които имат по-висока скорост на предаване и по-късо разстояние на предаване. 5G. Приложението на технологията с милиметрови вълни може да постигне по-високи скорости на предаване и по-ниски закъснения, предоставяйки на потребителите по-бързи скорости на предаване на данни и по-добро обслужване. Трето, ултра-гъста мрежа. Докато традиционните мрежи за мобилна комуникация използват основно покритие на макро базови станции, 5G използва повече микро базови станции и малки базови станции, за да формира ултра-гъста мрежа. Този вид мрежа може да реализира повторно използване на по-висок спектър и по-добро покритие, осигурявайки по-добро качество на услугата и потребителско изживяване. Четвърто, технология за нарязване на мрежата. Срязването на мрежата се отнася до разделянето на мрежовите ресурси на множество независими виртуални мрежи, всяка от които може да бъде оптимално конфигурирана според изискванията на различни приложения. Тази технология може да предостави персонализирани услуги и персонализирано мрежово изживяване за различни сценарии на приложение според специфичните нужди на сценариите на приложение. (ii) 5G мрежова архитектура В сравнение с 4G, 5G има няколко съществени разлики. Първо, 5G възприема новаторска разпределена основна мрежова архитектура, която потапя функциите на основната мрежа близо до крайните устройства. Тази промяна помага за намаляване на забавянето на комуникацията и осигурява по-добра поддръжка за-приложения в реално време. Второ, 5G въвежда крайно мобилно изчисление (MEC), което потапя функциите на сървъра на приложения в централната хост стая. Този дизайн позволява-обработка в реално време на огромни количества данни, което подобрява ефективността на обработката на данни и намалява натоварването на мрежата. 5G също така предефинира функциите на модула за базова лента (BBU) и отдалечения радио модул (RRU). Отделянето на чипа на физическия слой от BBU и потапянето му в RRU намалява пред-капацитета на предаване и понижава разходите, като прави мрежовото оформление по-гъвкаво и ефективно. 5G също така прилага технологията за виртуализация на мрежовите функции (NFV) за прехвърляне на хардуерните и софтуерните функции на специално телекомуникационно оборудване към виртуална машина, което допълнително подобрява гъвкавостта и скалируемостта на мрежата. Това допълнително подобрява гъвкавостта и скалируемостта на мрежата. И накрая, 5G установява връзка между основния облак и крайния облак, картографирайки виртуални машини в крайния и основния облак чрез софтуерно дефиниран мрежов (SDN) контролер. Този дизайн позволява централизиран контрол на нарязването на мрежата, като допълнително подобрява интелигентността на мрежата. Базиран на технологията NFV/SDN, 5G разделя физическата мрежа на множество виртуални мрежи (мрежови срезове), всяка от които е ориентирана към различни сценарии на приложение. Този дизайн реализира логическа независимост, взаимна ненамеса и централизирано управление от SDN контролери, което прави мрежата по-ефективна.

II. 5G Пътища на приложение в градския железопътен транспорт

(a) Система за контрол и диспечер на влаковете В градския железопътен транзит системата за контрол и диспечер на влакове е основната част, която пряко влияе върху безопасността и ефективността на експлоатацията на влаковете. Системата за контрол и диспечериране на влакове разчита главно на традиционно комуникационно оборудване като железопътна верига, пропусклив кабел и безжичен разпръснат спектър, което има недостатъците на ниска скорост на предаване, голямо забавяне и т.н., и е трудно да се отговори на нуждите на съвременния градски железопътен транспорт, а прилагането на 5G може да доведе до революционни промени в системата за управление и диспечерство на влаковете. С 5G влаковете могат да получават и изпращат контролни сигнали в реално време, реализирайки прецизен контрол. Използвайки характеристиките на ниска-закъснение на 5G, влаковете могат да осигурят навременна обратна връзка за техния работен статус и да получават команди за диспечериране, което позволява на диспечерския център да улавя информация в реално-време, като позиция и скорост на влака, и по този начин да извършва диспечерско управление по-точно. В същото време 5G поддържа и видео предаване с висока{11}}дефиниция, осигурявайки по-надеждна поддръжка на данни за наблюдение на влаковете и предупреждения за безопасност. ( II ) Система за обслужване на информация за пътниците Системата за обслужване на информация за пътниците е важна система за обслужване, насочена директно към пътниците в градския железопътен транспорт. Системата за информационно обслужване на пътниците разчита главно на традиционните медии като телевизия в метрото, радио и др., които имат силно еднопосочно предаване на информация и ограничено информационно съдържание, докато приложението на 5G може да предостави на пътниците по-богати информационни услуги-в реално време. Първо, прилагането на 5G, влакът на метрото може да получава и изпраща видео, аудио и друга мултимедийна информация с висока-дефиниция в реално време, предоставяйки на пътниците по-богати информационни услуги. Пътниците могат да знаят часа на пристигане на влака, информацията за гарата, прогнозата за времето и друга информация в реално време чрез екрана на дисплея на влака на метрото, мобилни телефони и други крайни устройства. Второ, като се използват характеристиките на широкото покритие на 5G, множество пунктове за събиране на информация могат да бъдат създадени в метрото,-събиране и предаване на информация в реално време за околната среда, търговски реклами и т.н., за да се предоставят на пътниците по-персонализирани информационни услуги. Например, когато влакът е близо до търговската зона, на пътниците могат да се изпращат търговски реклами и преференциална информация, за да се улесни независимото потребление. ( III ) Система за мониторинг на безопасността и аварийно реагиране Системата за мониторинг на безопасността и аварийно реагиране е незаменима част от градския железопътен транзит. Системата за наблюдение на безопасността и аварийно реагиране разчита главно на традиционни средства като видеонаблюдение и системни аларми, които имат недостатъци като ниска скорост на предаване и бавна скорост на реакция, докато прилагането на 5G може да подобри възможностите за предаване и обработка на данни на системата за наблюдение на безопасността и аварийна реакция. Чрез прилагането на 5G системата за наблюдение може да предава видео, аудио и други данни с висока-дефиниция към центъра за наблюдение в реално време, осигурявайки по-надежден видео източник за наблюдение на сигурността. Центърът за наблюдение може да извършва предупреждение за безопасност и откриване на аномалии въз основа на-екрана за наблюдение в реално време, така че проблемите с безопасността да могат да бъдат открити и решени навреме. В случай на извънредна ситуация влакът на метрото, използвайки характеристиките на ниска латентност на 5G, може бързо да активира системата за аварийно реагиране, да изпрати аварийни сигнали до диспечерския център, като поиска поддръжка и насоки. Диспечерският център може да прецени и да извърши бързо изпращане според ситуацията в реално-време, да стартира съответния авариен план за защита на живота на пътниците. ( четири ) автомобил-наземна комуникационна система автомобил-наземна комуникационна система е ключовата част от влака на метрото и наземното оборудване, съоръжения за взаимодействие с данни. Наземната-комуникационна система за превозни средства разчита главно на пропусклив кабел, Wi-Fi и друго традиционно комуникационно оборудване, има трудности при проникване на сигнала, ниска скорост на предаване и други недостатъци, а приложението на 5G може да осигури по-надежден и ефективен канал за предаване на данни за-наземната комуникационна система на превозното средство. Чрез прилагането на 5G влаковете на метрото могат да взаимодействат с наземно оборудване и съоръжения в реално време, реализирайки предаване и обработка на информация, интегрирано в превозното средство-на земята. Например влакът на метрото може да изпраща сигнали за заявка към интелигентните пътни сигнали по протежение на линията, като иска да коригира дължината на сигнала, за да отговори на нуждите на работата на влака. Наземното оборудване може също така да изпраща инструкции за управление и информация за състоянието на влака, осъществявайки-наземна кооперативна работа на превозното средство. Използвайки характеристиките на ниска-енергия на 5G, може да се проектира захранващо оборудване с по-дълго време за непрекъснато захранване или методът на захранване на оборудването може да бъде оптимизиран, за да се удължи времето за работа на оборудването и да се подобри стабилността на наземната-комуникация на превозното средство.

III. Ключови проблеми и решения за 5G приложение в градския железопътен транспорт

(I) Проблем с покритието на сигнала Поради сложната среда на градския железопътен транспорт, специални среди като тунели и подземни станции са поставили по-високи изисквания за покритие на сигнала. 5G сигналите може да изпитат сериозно затихване на сигнала в тези специални среди, което води до невъзможност за непрекъснато покритие на сигнала, което на свой ред се отразява на стабилността на комуникацията. За да се реши проблемът с покритието на сигнала, 5G сигналите трябва да бъдат подобрени и обхватът на покритие на сигнала трябва да бъде разширен чрез увеличаване на броя на базовите станции и оптимизиране на оформлението на антената. В специални среди се използва технология за подобряване на сигнала, като пропускащи кабели, пропускащи кабели, комбинирани с макро базови станции и т.н., за компенсиране и подобряване на сигнала. Оптимизирайте за различни сценарии и обмислете цялостно фактори като честотна лента, тип антена и мощност на предаване, за да постигнете най-добрия ефект на покритие на сигнала. Антените могат да се използват за покритие на 5G сигнал в депа за градски железопътни превозни средства, гари, паркинги и сценарии на закрито и на открито. Загубата на свободно пространство е: L=32.4+20lg(F)+20lg(D) Където: L е загуба на свободно пространство, dB; F е честота, MHz; D е разстоянието, km. При проектирането на решение за покритие на безжичен сигнал за участъци от градски железопътен тунел, множество фактори трябва да бъдат разгледани цялостно. Първо, за да се гарантира качеството и стабилността на предаването на сигнала, трябва да се вземе предвид загубата на предаване на кабела за изтичане. При проектирането на решението за покритие на секциите трябва да се изберат коаксиални кабели с по-ниски загуби при предаване на кабела за утечка, за да се намали затихването на сигнала. Второ, трябва да се вземе предвид загубата на свързване. Загубата на свързване се отнася до затихването на сигнала, причинено от взаимни смущения между коаксиалните кабели. В проектното решение трябва да се изберат коаксиални кабели с по-ниски загуби на свързване, за да се намалят смущенията в сигнала. Трето, трябва да се вземат предвид екранирането на превозното средство и други допълнителни загуби при свързване. Екранирането на превозни средства се отнася до екраниращия ефект на наземните превозни средства в тунела върху безжичните сигнали, което може да причини отслабване на сигнала. В проектното решение трябва да се избере подходящо оборудване за подобряване на сигнала, за да се компенсират загубите, причинени от екранирането на превозното средство. В същото време трябва да се имат предвид и други възможни допълнителни загуби на свързване, като например намеса на структурата на тунела и материалите върху сигналите. (II) Проблем с превключването на сигнала на участъка В градската железопътна транзитна система влаковете ще преминават през различни участъци, а покритието на сигнала и условията на смущения на всеки участък също са различни. Следователно при влизане на влак от един участък в друг се налага превключване на сигнала. В системата за градски железопътен транспорт, използваща 5G, трябва да се обърне внимание на следните два ключови въпроса при превключването на сигнала на секциите. Първо, безпроблемно превключване на сигнала. По време на пътуването на влака условията на сигнала във всяка секция са различни, така че влакът трябва да превключи сигналите. Това изисква процесът на превключване на сигнала да бъде възможно най-безпроблемен, без да се засягат комуникационните услуги във влака. Безпроблемното превключване изисква решаване на проблема със забавянето в процеса на превключване, за да се осигури точно предаване на данни по време на процеса на превключване. Второ, оптимизиране на превключването на секциите. В градските железопътни транзитни системи превозните средства обикновено преминават през множество участъци и условията на сигнала и качеството на мрежата на всеки участък може да са различни. Следователно е необходимо да се избере най-добрата секция за превключване чрез интелигентни алгоритми или алгоритми за оптимизация, за да се подобри качеството и ефективността на комуникацията. Това изисква по време на процеса на превключване системата да може да наблюдава и оценява условията на сигнала и качеството на всяка секция в реално време и да взема решения за превключване въз основа на тази информация. (III) Проблеми с честотния ресурс При градския железопътен транспорт ресурсите на честотната лента на комуникационната система са ограничени. В сравнение с 4G, 5G има по-висока скорост на предаване на данни, по-ниска латентност и повече връзки, така че изисква по-широколентови ресурси. Съществуващите честотни ресурси обаче са ограничени и е трудно да се отговори на широкомащабното-прилагане на 5G в градския железопътен транспорт. При градския железопътен транспорт различните услуги имат различни изисквания за лентови ресурси. Как разумно да се разпределят и управляват ресурсите на честотната лента, да се избегнат конфликти и смущения и да се осигури нормалното функциониране на различни услуги са основните проблеми, пред които е изправено прилагането на 5G в градския железопътен транспорт. За да се реши проблемът с ресурсите на честотната лента, съответните ресурси на честотната лента трябва да бъдат разумно разпределени според нуждите и характеристиките на различните услуги. Например, за услугите за управление на влаковете и безопасността първо трябва да се гарантира стабилността на техните честотни ленти. В допълнение оптимизирането и управлението на ресурсите на честотната лента трябва да бъдат засилени и трябва да се прилагат интелигентни системи за планиране и управление за динамично разпределяне и управление на ресурсите на честотната лента. В същото време някои нови технологии за ресурси на честотната лента, като високочестотни ленти и милиметрови вълни, могат да бъдат приложени за подобряване на ефективността на използване на ресурсите на честотната лента. (IV) Проблеми със съвместимостта на оборудването В сравнение с 4G, 5G има големи разлики в спектъра, режима на модулация, мрежовата архитектура и т.н., което затруднява много съществуващи 4G устройства да бъдат директно надстроени до 5G. Следователно трябва да се закупи голям брой 5G-специфично оборудване, което увеличава разходите за трансформация. Има много видове комуникационно оборудване в градския железопътен транспорт, като системи за управление на влаковете, сигнални системи, системи за наблюдение на безопасността и т.н., като всяка система има свои собствени комуникационни протоколи и стандарти. При въвеждането на 5G, как да се гарантира съвместимостта на тези системи с 5G оборудване е въпрос, който заслужава внимание. Ако има проблеми със съвместимостта с оборудването, това може да доведе до блокиране на предаването на сигнала, грешки при обмена на данни и т.н., което да повлияе на точната работа на влаковете. Има следните мерки за решаване на проблема със съвместимостта на оборудването. Първо, тестването за съвместимост и проверката на 5G оборудването със съществуващите системи трябва да бъде засилено, което включва оценка на съвместимостта на оборудване и системи от различни производители и формулирането на унифицирани комуникационни протоколи и стандарти за осигуряване на стабилна комуникация между двете и постигане на оперативна съвместимост. Второ, прилагането на 5G в градския железопътен транспорт следва да бъде активно насърчавано, а производителите на оборудване и научноизследователските институции следва да бъдат насърчавани да си сътрудничат за съвместно разработване на оборудване и системи с по-висока съвместимост. И накрая, в процеса на снабдяване и избор на оборудване трябва да се вземе предвид съвместимостта на оборудването с 5G, за да се избегнат различни проблеми, причинени от по-късна трансформация и подмяна.

-Задълбоченото изследване на приложението на 5G в градския железопътен транспорт показва, че 5G предоставя безпрецедентни възможности за градския железопътен транспорт, правейки комуникационната система по-ефективна, безопасна и надеждна. Въпреки това, все още има някои проблеми при прилагането на 5G в градския железопътен транспорт, като покритие на сигнала, превключване на интервален сигнал, ресурси на честотната лента и съвместимост на оборудването. В практическите приложения е необходимо да се вземат предвид напълно тези фактори, да се засилят технологичните изследвания и разработки и иновациите и да се формулират разумни решения.