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摘要：5G技术的应用可以使高速铁路通信系统得到进一步优化，因此，在当前高速铁路发展速度较快的情况下，加强对5G环境的研究分析，并制定高速铁路通信系统的优化使用策略，是很多高速铁路专业人员重点关注的问题。本文主要分析浅谈高速铁路通信系统在5G环境下的应用。
关键词：高速铁路;通信系统;5G环境
引言
5G网络通信已经影响了人们的生活与通信产业发展方向，目前国内三大运營商已上线了5G商用套餐，标志着5G网络建设的第一步已经到位，5G网络时代已经初步形成。对铁路运输业来说，5G能提高高速铁路的通信网络通信质量，通过有效运用5G的各种技术，不仅能让列车的通信、运行和管理更加有序，而且还能提高智能高铁智慧化水平。
1、我国高铁通信系统
高速铁路是当前中国非常重要的交通基础设施，在我国客运与货运上承担着重要的分量，我国的高速铁路在世界上属于先进水平，具有完善的高铁技术体系。而高速铁路通信系统又在整个高速铁路运输过程中扮演着不可或缺的角色，承担着确保高速铁路列车行驶安全及保障高速铁路列车运输与管理工作顺利展开的重任。但随着通信技术的不断发展，现在已有的铁路专用通信技术已经无法满足高速铁路通信的高速数据传输的要求，主要包括高速列车运行速度快，使高铁通信系统产生频偏，让沿线的各类基站信号接收不稳定;各通信系统枢纽站的距离相对较远，使得各个站点需要服务的范围太广;高速铁路的旅客较多，增加了网络的使用量和基站负荷，导致移动信号下降;高铁速度太快，移动通信网络需要不断切换，会导致掉线、切换失败或缓慢等问题。现有的4G系统会应用一些补偿算法对这些有害效应进行一定程度的抑制，但效果并不理想，这也导致在高铁列车上的通话以及网络连接效果等功能无法得到保证。
2、高速铁路通信系统在5G环境下应用存在的问题
2.1辅助式卫星定位系统不够完善
部分辅助式卫星定位系统在构建过程中，对于5G技术创新所带来的多方面影响缺乏分析考察，没有结合高铁列车沿线的地形特征，制定卫星定位系统的具体构建策略，导致隧道和树木等影响因素无法得到有效的规避控制，也使得高铁列车难以实现运行质量的有效维护。部分辅助式卫星系统在具体定位过程中，缺乏对高层建筑物信息阻碍情况的研究，没有5G环境下的信号屏蔽情况进行精准总结，导致5G网络无法为高铁列车更好地满足辅助数据获取需要提供帮助，不利于卫星定位系统位置信息的有效获得。
2.2高速铁路智能管控系统不够成熟
部分高速铁路通信系统在构建过程中，对于5G通信系统的高传输特点分析不够详细，缺乏对列车运行过程中，实施监控技术应用需求的总结，导致高速铁路的自带检测设备无法得到高质量的应用，难以为高铁列车实现路轨状况监控提供必要支持，也使得智能管控系统无法得到全面的监督管理。一些智能管控系统的建设工作对于数据内容的传输需求缺乏有效的分析研究，未能实现对数据库构成和应用情况的考察，导致系统数据内容的调控措施无法得到高水平的构建，也使得系统运行过程中的技术故障无法得到准确的预测分析。部分高速铁路的智能管控系统对于高铁列车运行质量的影响因素总结不够完整，缺乏对5G技术普及情况下，毫秒级传输技术应用需求的掌握，导致设备的连接密度无法得到优化，难以在智能管控系统获得成熟构建的情况下，实现对列车运行过程的创新优化。
2.3对通信传输方式的选择缺乏合理性
一些高速铁路在进行通信传输方式选择过程中，对于现代通信传输技术的应用特征调查分析存在不足，缺乏对铁路通信传输方式构成情况的研究，导致不同类型的信息传输模式无法得到成熟的构建，难以在明确信息传输方式优劣特征的基础上，实现对高速铁路基础设施的高水平建设。一些高速铁路的通信系统建设工作对于信息的传输容量情况考察不够详细，缺乏对信息资源长距离传输相关需求的考察，导致无线传输系统的构建优势无法得到明确，也使得通信传输管理工作的相关干扰性因素无法得到全面规避。
3、高速铁路通信系统在5G环境下的优化应用策略
3.1改善铁路移动通信系统功能
当前，中国的数字移动通信系统（GSM-R）在各种先进技术的支持下，已经具备通信布局、无线领导人状态信号传输和列车引导设备信息、地区间的移动官方通信以及列车移动信息等信息传输功能。但目前的GSM-R系统仍以语音通信、数据通信等基本服务为基础，移动终端与基站之间的传输速率仍有很大的改进空间，不符合高速铁路通信的要求。中国铁路行业已进入高速发展阶段，特别是高速铁路和客运铁路。通信系统建设需要满足安全高效的要求，建立更完善的运行模式。当然，这也对铁路通信系统的性能提出了更高的要求。今后，铁路通信系统的建设也将侧重于移动终端较多的3g无线通信，智能布局和视频监控功能已经普及，成为铁路通信系统用于传输高清视频的列车运行控制系统的核心业务。5G无线通信在铁路通信系统中的应用也可以满足铁路通信中未来出现的新功能、服务和应用方案的要求，通过同步频率全双工技术、超密度异构技术和边缘计算技术促进铁路过程、信息传输和运行的稳定性。
3.2建立健全铁路智能通信网
智能通信网络的响应速度很高。只有这样，才能避免铁路运行过程中出现规模故障，不会严重影响运输系统。当铁路供电系统突然断电时，根据经验，可能会出现与不可预测事件密切相关的上游故障。为了避免大规模停电造成的严重后果，确保安全驾驶，需要提高反应和反应速度，应用5G无线通信，通过监控控制系统实现列车运行的远程保护，并采取优化无线通信的措施。此外，5G无线通信还可用于交换和传输关键信息，以提高及时性和可靠性。可见5G无线通信具有丰富的高频资源，是铁路通信系统万物联网、构建完善智能通信网络的必要条件。
3.35G系统下乘客用网的应用分析
近年来，随着移动设备和移动网络的大规模发展，移动设备的在线视频观看频率已经超过了传统的在线视频观看时间。当前，随着移动视频的普及和应用，移动视频的定义从标准清晰度提高到了高清，甚至是现在的4K超清晰度。但是，从目前情况来看，要满足4K超清晰的要求是困难的，要满足带宽稳定性方面的规定要求也是困难的。5G通信系统的出现和应用无疑为4K超清晰视频提供了良好的技术支持。高铁乘客可以利用5G网观看超高亮度视频，实现呼叫和监控等功能。
3.4基于5G系统的高速铁路智能管控系统
高速铁路通信系统在高速列车运行中起着决定性作用。伴随着云计算、大数据等技术的发展，在5G通信系统的保障下，可以实现铁路的集中管理，实现智能布局和智能管理等功能。5G高速通信系统提供了实时监控列车运行的能力。轨道状态和列车状态可以随时通过高速列车检测设备上传到数据库进行实时分析，可以检测和预先判断可能出现的故障，并给出合理的解决方案，从而降低高速列车的故障率，保证高速列车的运行安全。同时，5G通信系统端到端延迟时间为毫秒，连接设备密度较高，实现列车之间以及列车与道路支持者之间的通信，进一步实现列车应急制动报警灯的功能，从而实现列车主动安全控制和自动驾驶。采用基于5G系统的高速铁路通信系统，可以实现列车管理和自动布局、列车运行状况监测、列车主动安全控制等功能，从而更好地确保高速铁路交通的安全。
结束语
5G技术的应用为高速铁路优化通信系统提供了高水平支持。因此，对目前高速铁路通信系统在5G环境下应用存在的问题加以总结，并制定符合5G环境特征的高速铁路通信系统改进策略，对提升高速铁路通信系统的总体构建质量，具有十分重要的意义。
参考文献
[1]王增浩，杨丽花，等.5G-NR毫米波HSR上行多用户系统中多普勒频偏估计方法[J].南京邮电大学学报（自然科学版），2019，39（06）：28-34.
[2]侯天宇，周杰，等.5G多天线城市降雨环境下的信道模型研究[J].电子测量技术，2020，43（02）：21-25.
[3]王承祥，黄杰，等.面向6G的无线通信信道特性分析与建模[J].物联网学报，2020，4（01）：19-32.
[4]庄凌凡，刘留，等.基于5G蜂窝网络的城市列车高精度定位探讨[J].导航定位学报，2020，8（05）：1-10.
[5]董兴芝，阎志远，王忠峰.高速铁路动车组Wi-Fi与5G融合组网应用研究[J].铁道标准设计：1-6.
关键词：高速铁路;通信系统;5G环境
引言
5G网络通信已经影响了人们的生活与通信产业发展方向，目前国内三大运營商已上线了5G商用套餐，标志着5G网络建设的第一步已经到位，5G网络时代已经初步形成。对铁路运输业来说，5G能提高高速铁路的通信网络通信质量，通过有效运用5G的各种技术，不仅能让列车的通信、运行和管理更加有序，而且还能提高智能高铁智慧化水平。
1、我国高铁通信系统
高速铁路是当前中国非常重要的交通基础设施，在我国客运与货运上承担着重要的分量，我国的高速铁路在世界上属于先进水平，具有完善的高铁技术体系。而高速铁路通信系统又在整个高速铁路运输过程中扮演着不可或缺的角色，承担着确保高速铁路列车行驶安全及保障高速铁路列车运输与管理工作顺利展开的重任。但随着通信技术的不断发展，现在已有的铁路专用通信技术已经无法满足高速铁路通信的高速数据传输的要求，主要包括高速列车运行速度快，使高铁通信系统产生频偏，让沿线的各类基站信号接收不稳定;各通信系统枢纽站的距离相对较远，使得各个站点需要服务的范围太广;高速铁路的旅客较多，增加了网络的使用量和基站负荷，导致移动信号下降;高铁速度太快，移动通信网络需要不断切换，会导致掉线、切换失败或缓慢等问题。现有的4G系统会应用一些补偿算法对这些有害效应进行一定程度的抑制，但效果并不理想，这也导致在高铁列车上的通话以及网络连接效果等功能无法得到保证。
2、高速铁路通信系统在5G环境下应用存在的问题
2.1辅助式卫星定位系统不够完善
部分辅助式卫星定位系统在构建过程中，对于5G技术创新所带来的多方面影响缺乏分析考察，没有结合高铁列车沿线的地形特征，制定卫星定位系统的具体构建策略，导致隧道和树木等影响因素无法得到有效的规避控制，也使得高铁列车难以实现运行质量的有效维护。部分辅助式卫星系统在具体定位过程中，缺乏对高层建筑物信息阻碍情况的研究，没有5G环境下的信号屏蔽情况进行精准总结，导致5G网络无法为高铁列车更好地满足辅助数据获取需要提供帮助，不利于卫星定位系统位置信息的有效获得。
2.2高速铁路智能管控系统不够成熟
部分高速铁路通信系统在构建过程中，对于5G通信系统的高传输特点分析不够详细，缺乏对列车运行过程中，实施监控技术应用需求的总结，导致高速铁路的自带检测设备无法得到高质量的应用，难以为高铁列车实现路轨状况监控提供必要支持，也使得智能管控系统无法得到全面的监督管理。一些智能管控系统的建设工作对于数据内容的传输需求缺乏有效的分析研究，未能实现对数据库构成和应用情况的考察，导致系统数据内容的调控措施无法得到高水平的构建，也使得系统运行过程中的技术故障无法得到准确的预测分析。部分高速铁路的智能管控系统对于高铁列车运行质量的影响因素总结不够完整，缺乏对5G技术普及情况下，毫秒级传输技术应用需求的掌握，导致设备的连接密度无法得到优化，难以在智能管控系统获得成熟构建的情况下，实现对列车运行过程的创新优化。
2.3对通信传输方式的选择缺乏合理性
一些高速铁路在进行通信传输方式选择过程中，对于现代通信传输技术的应用特征调查分析存在不足，缺乏对铁路通信传输方式构成情况的研究，导致不同类型的信息传输模式无法得到成熟的构建，难以在明确信息传输方式优劣特征的基础上，实现对高速铁路基础设施的高水平建设。一些高速铁路的通信系统建设工作对于信息的传输容量情况考察不够详细，缺乏对信息资源长距离传输相关需求的考察，导致无线传输系统的构建优势无法得到明确，也使得通信传输管理工作的相关干扰性因素无法得到全面规避。
3、高速铁路通信系统在5G环境下的优化应用策略
3.1改善铁路移动通信系统功能
当前，中国的数字移动通信系统（GSM-R）在各种先进技术的支持下，已经具备通信布局、无线领导人状态信号传输和列车引导设备信息、地区间的移动官方通信以及列车移动信息等信息传输功能。但目前的GSM-R系统仍以语音通信、数据通信等基本服务为基础，移动终端与基站之间的传输速率仍有很大的改进空间，不符合高速铁路通信的要求。中国铁路行业已进入高速发展阶段，特别是高速铁路和客运铁路。通信系统建设需要满足安全高效的要求，建立更完善的运行模式。当然，这也对铁路通信系统的性能提出了更高的要求。今后，铁路通信系统的建设也将侧重于移动终端较多的3g无线通信，智能布局和视频监控功能已经普及，成为铁路通信系统用于传输高清视频的列车运行控制系统的核心业务。5G无线通信在铁路通信系统中的应用也可以满足铁路通信中未来出现的新功能、服务和应用方案的要求，通过同步频率全双工技术、超密度异构技术和边缘计算技术促进铁路过程、信息传输和运行的稳定性。
3.2建立健全铁路智能通信网
智能通信网络的响应速度很高。只有这样，才能避免铁路运行过程中出现规模故障，不会严重影响运输系统。当铁路供电系统突然断电时，根据经验，可能会出现与不可预测事件密切相关的上游故障。为了避免大规模停电造成的严重后果，确保安全驾驶，需要提高反应和反应速度，应用5G无线通信，通过监控控制系统实现列车运行的远程保护，并采取优化无线通信的措施。此外，5G无线通信还可用于交换和传输关键信息，以提高及时性和可靠性。可见5G无线通信具有丰富的高频资源，是铁路通信系统万物联网、构建完善智能通信网络的必要条件。
3.35G系统下乘客用网的应用分析
近年来，随着移动设备和移动网络的大规模发展，移动设备的在线视频观看频率已经超过了传统的在线视频观看时间。当前，随着移动视频的普及和应用，移动视频的定义从标准清晰度提高到了高清，甚至是现在的4K超清晰度。但是，从目前情况来看，要满足4K超清晰的要求是困难的，要满足带宽稳定性方面的规定要求也是困难的。5G通信系统的出现和应用无疑为4K超清晰视频提供了良好的技术支持。高铁乘客可以利用5G网观看超高亮度视频，实现呼叫和监控等功能。
3.4基于5G系统的高速铁路智能管控系统
高速铁路通信系统在高速列车运行中起着决定性作用。伴随着云计算、大数据等技术的发展，在5G通信系统的保障下，可以实现铁路的集中管理，实现智能布局和智能管理等功能。5G高速通信系统提供了实时监控列车运行的能力。轨道状态和列车状态可以随时通过高速列车检测设备上传到数据库进行实时分析，可以检测和预先判断可能出现的故障，并给出合理的解决方案，从而降低高速列车的故障率，保证高速列车的运行安全。同时，5G通信系统端到端延迟时间为毫秒，连接设备密度较高，实现列车之间以及列车与道路支持者之间的通信，进一步实现列车应急制动报警灯的功能，从而实现列车主动安全控制和自动驾驶。采用基于5G系统的高速铁路通信系统，可以实现列车管理和自动布局、列车运行状况监测、列车主动安全控制等功能，从而更好地确保高速铁路交通的安全。
结束语
5G技术的应用为高速铁路优化通信系统提供了高水平支持。因此，对目前高速铁路通信系统在5G环境下应用存在的问题加以总结，并制定符合5G环境特征的高速铁路通信系统改进策略，对提升高速铁路通信系统的总体构建质量，具有十分重要的意义。
参考文献
[1]王增浩，杨丽花，等.5G-NR毫米波HSR上行多用户系统中多普勒频偏估计方法[J].南京邮电大学学报（自然科学版），2019，39（06）：28-34.
[2]侯天宇，周杰，等.5G多天线城市降雨环境下的信道模型研究[J].电子测量技术，2020，43（02）：21-25.
[3]王承祥，黄杰，等.面向6G的无线通信信道特性分析与建模[J].物联网学报，2020，4（01）：19-32.
[4]庄凌凡，刘留，等.基于5G蜂窝网络的城市列车高精度定位探讨[J].导航定位学报，2020，8（05）：1-10.
[5]董兴芝，阎志远，王忠峰.高速铁路动车组Wi-Fi与5G融合组网应用研究[J].铁道标准设计：1-6.