摘 要：車地間移動(dòng)通信是智能軌道交通的重要基礎(chǔ)支撐，隨著移動(dòng)通信技術(shù)的快速發(fā)展，需要對(duì)軌道交通移動(dòng)通信的發(fā)展方向和策略進(jìn)行研究。文章首先對(duì)軌道交通移動(dòng)通信業(yè)務(wù)需求進(jìn)行分析，并對(duì)4G LTE與5G的標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)、技術(shù)指標(biāo)和關(guān)鍵技術(shù)等進(jìn)行介紹。然后，針對(duì)承載能力、無線頻譜、服務(wù)質(zhì)量、產(chǎn)業(yè)支撐和經(jīng)濟(jì)性方面，對(duì)4G LTE與5G在軌道交通場(chǎng)景中的適用性進(jìn)行分析比較。最后，提出點(diǎn)線差異化、公專網(wǎng)結(jié)合、跟蹤5G行業(yè)應(yīng)用等發(fā)展建議，為確定軌道交通移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展方向提供借鑒。

　　關(guān)鍵詞：軌道交通;移動(dòng)通信;5G;LTE

　　推薦閱讀：《軌道交通裝備與技術(shù)》(雙月刊)創(chuàng)刊于1993年，由中國南車集團(tuán)戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所主辦。本刊以鐵路機(jī)車車輛工業(yè)為主要報(bào)道內(nèi)容。

　　0 引言

　　在城市軌道交通領(lǐng)域，2017年中國城市軌道交通協(xié)會(huì)牽頭組織完成城市軌道交通車地綜合通信系統(tǒng)(LTE-M)系列標(biāo)準(zhǔn)的編制工作，逐步取代TETRA和Wi-Fi，形成1張具備綜合承載能力的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，滿足調(diào)度通信、列車控制、乘客信息服務(wù)(PIS)和視頻監(jiān)控(IMS)等關(guān)鍵業(yè)務(wù)的通信需求。

　　在國家鐵路領(lǐng)域，2015年中國鐵路成立鐵路下一代移動(dòng)通信技術(shù)研究工作組，2018年在京沈高速試驗(yàn)段完成LTE-R系統(tǒng)試驗(yàn)，預(yù)計(jì)2019年基本完成LTE-R系列標(biāo)準(zhǔn)的編制工作。

　　2019年6月6日，隨著工信部5G商用牌照的發(fā)放，標(biāo)志著我國正式進(jìn)入5G商用元年，5G發(fā)展進(jìn)入快車道。5G不僅是通信行業(yè)未來發(fā)展的重點(diǎn)，也是從政府到民眾全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。從技術(shù)角度講，目前的5G還未全部實(shí)現(xiàn)國際電信聯(lián)盟(ITU)制定的3大愿景，市場(chǎng)上的基站產(chǎn)品遵從R15版本標(biāo)準(zhǔn)，滿足增強(qiáng)移動(dòng)寬帶(eMBB)的要求，這方面特性主要受公眾消費(fèi)市場(chǎng)牽引，關(guān)于海量機(jī)器類通信(mMTC)、超可靠和低時(shí)延通信(uRLLC)等行業(yè)應(yīng)用技術(shù)將在R16和R17標(biāo)準(zhǔn)中制定，完善的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計(jì)2020年—2021年以后正式發(fā)布。

　　隨著我國軌道交通向智能化方向發(fā)展，多媒體調(diào)度通信、智能調(diào)度指揮、列車車況信息遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)施狀態(tài)實(shí)時(shí)感知、優(yōu)化控制和自動(dòng)駕駛、智能列車、鐵路物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)高清視頻監(jiān)控、增強(qiáng)乘客服務(wù)等多類型、全方位的智能業(yè)務(wù)將不斷涌現(xiàn)，同時(shí)將廣泛應(yīng)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、移動(dòng)互聯(lián)等新技術(shù)，移動(dòng)通信尤其是車地間移動(dòng)通信能否滿足智能業(yè)務(wù)的需求，成為能否實(shí)現(xiàn)智能軌道交通的關(guān)鍵一環(huán)。因而，應(yīng)盡早開展軌道交通移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展研究，合理布局，避免移動(dòng)通信成為未來軌道交通智能化發(fā)展的瓶頸。

　　軌道交通移動(dòng)通信技術(shù)繼續(xù)發(fā)展4G LTE還是發(fā)展5G技術(shù)，兩者在未來發(fā)展中如何定位等問題，不僅僅是技術(shù)層面，還需統(tǒng)籌考慮包括業(yè)務(wù)需求、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)業(yè)支撐、國家頻率分配政策、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等多方面因素。以下就這些問題開展初步分析，以供借鑒。

　　1 軌道交通主要業(yè)務(wù)需求分析

　　從服務(wù)對(duì)象角度，軌道交通移動(dòng)通信業(yè)務(wù)可分為行車應(yīng)用類、運(yùn)營和維護(hù)類、旅客服務(wù)類。其中，行車應(yīng)用類主要包括調(diào)度指揮通信、列車運(yùn)行控制、自動(dòng)駕駛等行車調(diào)度指揮和控制業(yè)務(wù);運(yùn)營和維護(hù)類主要包括移動(dòng)裝備和固定裝備的檢驗(yàn)檢測(cè)、養(yǎng)護(hù)維修等;旅客服務(wù)類包括面向旅客出行、旅客服務(wù)、安全保障等通信業(yè)務(wù)[1]。

　　無線通信系統(tǒng)的部署通常按區(qū)域進(jìn)行覆蓋，應(yīng)從應(yīng)用區(qū)域和區(qū)段上劃分應(yīng)用場(chǎng)景，提出對(duì)無線通信系統(tǒng)承載能力的要求。軌道交通大體可劃分為正線和站場(chǎng)2類應(yīng)用場(chǎng)景，2類場(chǎng)景的業(yè)務(wù)既相互交叉，又有一定的獨(dú)立性和差異性。

　　(1)鐵路正線，主要包括正線車站和區(qū)間線路，該場(chǎng)景下的業(yè)務(wù)主要包括6類。 ①行車指揮業(yè)務(wù)：列車調(diào)度通信、列車運(yùn)行控制、列車緊急文本、自動(dòng)駕駛等;②監(jiān)測(cè)監(jiān)控業(yè)務(wù)：IMS、列車安全防護(hù)和預(yù)警、列車運(yùn)行監(jiān)測(cè)檢測(cè)、基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)施狀態(tài)信息、列車定位、站車間信息交互;③地面基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)：線橋隧、通信信號(hào)、電力和供電等專業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)檢測(cè)信息傳送;④乘客信息服務(wù)：主要包括PIS車載媒體業(yè)務(wù);⑤列車車內(nèi)服務(wù)和聯(lián)絡(luò);⑥養(yǎng)護(hù)維修、公共安全、應(yīng)急通信等。

　　(2)站場(chǎng)和樞紐， 主要包括車站、車輛段等。該場(chǎng)景下，主要為乘客乘降組織、PIS、車站管理和信息傳送、車輛段調(diào)車作業(yè)和安全監(jiān)控提供通信服務(wù)。

　　目前，在城市軌道交通領(lǐng)域，列控和自動(dòng)駕駛、調(diào)度通信、列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、IMS、PIS為關(guān)鍵業(yè)務(wù)，關(guān)系到系統(tǒng)是否具備開通條件。這些業(yè)務(wù)是移動(dòng)通信系統(tǒng)承載的核心業(yè)務(wù)。

　　根據(jù)《LTE-M總體規(guī)范 第3部分：綜合承載信息分類與要求》[2]的規(guī)定，LTE-M各關(guān)鍵業(yè)務(wù)的帶寬需求如表1所示。

　　能否滿足以上業(yè)務(wù)的需求，是衡量軌道交通移動(dòng)通信系統(tǒng)適用性的基本要求。

　　2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)

　　移動(dòng)通信技術(shù)體制演進(jìn)如圖1所示。

　　第一代為模擬對(duì)講技術(shù)，自2G進(jìn)入數(shù)字通信以來，系統(tǒng)由窄帶向?qū)拵а葸M(jìn)，數(shù)據(jù)傳輸速率不斷提高。

　　4G LTE和5G的3GPP標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)路線如圖2所示[3]。

　　3GPP在2008年初完成了LTE第1個(gè)版本的標(biāo)準(zhǔn)R8，2014年在R10中完成了LTE的演進(jìn)LTE-Advanced。LTE技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不斷完善與增強(qiáng)。

　　5G的第1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)R15已于2018年6月完成， 主要面向eMBB場(chǎng)景。R15標(biāo)準(zhǔn)只定義了基本的uRLLC場(chǎng)景，沒有針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)再定義新的標(biāo)準(zhǔn)，仍然采用LTE標(biāo)準(zhǔn)下的窄帶物聯(lián)(NB-IoT)和移動(dòng)物聯(lián)技術(shù)(eMTC)。面向行業(yè)應(yīng)用的mMTC和uRLLC場(chǎng)景在R16版本中定義，預(yù)計(jì)將于2020年底凍結(jié)。最終的5G官方標(biāo)準(zhǔn)將于2020年底由ITU評(píng)估、批準(zhǔn)后正式發(fā)布。

　　與4G相比，5G技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)更加統(tǒng)一，由3GPP國際化標(biāo)準(zhǔn)組織統(tǒng)一制定;服務(wù)場(chǎng)景更加多樣，支持eMBB場(chǎng)景、mMTC場(chǎng)景和uRLLC場(chǎng)景，如圖3所示[4];5G服務(wù)對(duì)象在過去人與人通信的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)了人與物、物與物之間的互聯(lián)。