Primjena 5G u gradskom željezničkom saobraćaju

I{0}}G Pregled

( I ) 5G ključna tehnologija Prvo, velika-tehnologija antenskog niza. Raspoređivanjem velikog broja antena, antenski nizovi velikih{3}}razmjera mogu ostvariti-prostorno multipleksiranje velike gustine i poboljšati spektralnu efikasnost i kapacitet sistema. Ovo omogućava 5G da obezbijedi velike-brzine, stabilne veze za veliki broj korisnika i zadovolji njihove rastuće komunikacijske potrebe. Drugo, tehnologija milimetarskih talasa. Milimetarski talas se odnosi na elektromagnetne talase sa frekvencijom od 30-300 GHz, koji imaju veću brzinu prenosa i kraću udaljenost prenosa. 5G primenom tehnologije milimetarskih talasa mogu se postići veće brzine prenosa i manja kašnjenja, pružajući korisnicima brže brzine prenosa podataka i bolje iskustvo usluge. Treće, ultra{16}}gusta mreža. Dok tradicionalne mobilne komunikacijske mreže uglavnom koriste pokrivenost makro baznih stanica, 5G koristi više mikro baznih stanica i malih baznih stanica za formiranje ultra{28}}guste mreže. Ova vrsta mreže može ostvariti veću ponovnu upotrebu spektra i bolje performanse pokrivenosti, pružajući bolji kvalitet usluge i korisničko iskustvo. Četvrto, tehnologija presecanja mreže. Mrežno rezanje se odnosi na podelu mrežnih resursa na više nezavisnih virtuelnih mreža, od kojih se svaka može optimalno konfigurisati prema različitim zahtevima aplikacije. Ova tehnologija može pružiti personalizirane usluge i prilagođeno mrežno iskustvo za različite scenarije aplikacija u skladu sa specifičnim potrebama scenarija aplikacije. (ii) Arhitektura 5G mreže U poređenju sa 4G, 5G ima nekoliko značajnih razlika. Prvo, 5G usvaja inovativnu distribuiranu arhitekturu jezgrene mreže, koja potopi funkcije jezgrene mreže blizu krajnjih uređaja. Ova promjena pomaže u smanjenju kašnjenja komunikacije i pruža bolju podršku za-aplikacije u stvarnom vremenu. Drugo, 5G uvodi mobilno rubno računanje (MEC), koje unosi funkcije poslužitelja aplikacija u centralnu host sobu. Ovaj dizajn omogućava-obradu velikih količina podataka u realnom vremenu, što poboljšava efikasnost obrade podataka i smanjuje opterećenje mreže. 5G također redefinira funkcije jedinice osnovnog pojasa zgrade (BBU) i udaljene radio jedinice (RRU). Odvajanje čipa fizičkog sloja od BBU-a i njegovo utapanje u RRU smanjuje kapacitet prije{44}}prenosa i smanjuje troškove, čineći mrežni izgled fleksibilnijim i efikasnijim. 5G također primjenjuje tehnologiju virtuelizacije mrežnih funkcija (NFV) za prijenos hardverskih i softverskih funkcija namjenske telekom opreme na virtuelnu mašinu, što dodatno poboljšava fleksibilnost mreže i povećava fleksibilnost mreže. Ovo dodatno poboljšava fleksibilnost i skalabilnost mreže. Konačno, 5G uspostavlja vezu između osnovnog oblaka i rubnog oblaka, mapirajući virtuelne mašine u rubnim i osnovnim oblacima preko softverski definisanog mrežnog (SDN) kontrolera. Ovaj dizajn omogućava centralizovanu kontrolu presecanja mreže, dodatno poboljšavajući inteligenciju mreže. Na temelju NFV/SDN tehnologije, 5G dijeli fizičku mrežu na više virtualnih mreža (mrežnih isječaka), od kojih je svaka orijentirana na različite scenarije primjene. Ovaj dizajn ostvaruje logičku nezavisnost, međusobno nesmetanje i centralizovano upravljanje od strane SDN kontrolera, čineći mrežu efikasnijom.

II. 5G Putevi aplikacije u gradskom željezničkom saobraćaju

(a) Sistem kontrole i dispečerstva vozova U gradskom železničkom tranzitu, sistem kontrole i dispečerstva vozova je ključni deo, koji direktno utiče na bezbednost i efikasnost rada vozova. Sistem upravljanja i dispečerstva vozova uglavnom se oslanja na tradicionalnu komunikacionu opremu kao što su železnička kola, propusni kabl i bežični rašireni spektar, koji ima nedostatke niske brzine prenosa, velikog kašnjenja itd., te je teško zadovoljiti potrebe modernog gradskog železničkog saobraćaja, a primena 5G može doneti revolucionarne promene u sistemu upravljanja i dispečerstva vozova. Sa 5G, vozovi mogu primati i slati kontrolne signale u realnom vremenu, ostvarujući preciznu kontrolu. Koristeći karakteristike niske-latencije 5G-a, vozovi mogu dati pravovremene povratne informacije o svom operativnom statusu i primati komande za otpremu, omogućavajući dispečerskom centru da shvati-informacije u stvarnom vremenu, kao što su pozicija i brzina voza, i na taj način tačnije obavlja otpremanje. Istovremeno, 5G također podržava prijenos video zapisa visoke{11}}definicije, pružajući pouzdaniju podršku podataka za praćenje vozova i sigurnosna upozorenja. ( II ) Sistem za pružanje informacija o putnicima Sistem za informacije o putnicima je važan uslužni sistem direktno okrenut putnicima u gradskom željezničkom tranzitu. Sistem informiranja putnika uglavnom se oslanja na tradicionalne medije kao što su podzemna televizija, radio itd., koji imaju snažan jednosmjerni prijenos informacija i ograničen sadržaj informacija, dok primjena 5G može putnicima pružiti bogatije,{16}}informacione usluge u realnom vremenu. Prvo, primjena 5G, podzemna željeznica može primati i slati-video{19}}video, audio i druge multimedijalne informacije u realnom vremenu, pružajući putnicima bogatije informativne usluge. Putnici mogu znati vrijeme dolaska voza, informacije o stanici, vremensku prognozu i druge informacije u realnom vremenu preko ekrana u podzemnoj željeznici, mobilnih telefona i drugih terminalnih uređaja. Drugo, koristeći karakteristike široke pokrivenosti 5G mreže, duž podzemne željeznice može se postaviti više tačaka za prikupljanje informacija, prikupljanje-u realnom vremenu i prijenos informacija o okruženju, komercijalne reklame itd., kako bi se putnicima pružile personaliziranije informativne usluge. Na primjer, kada je voz blizu komercijalnog područja, komercijalni oglasi i preferencijalne informacije mogu se slati putnicima kako bi se olakšala samostalna potrošnja. (III) Sistem za nadzor sigurnosti i reagovanje u vanrednim situacijama Bezbednosni nadzor i sistem reagovanja u vanrednim situacijama je neizostavan deo gradskog železničkog tranzita. Sigurnosni nadzor i sistem reagovanja u hitnim slučajevima uglavnom se oslanjaju na tradicionalna sredstva kao što su video nadzor i sistemski alarmi, koji imaju nedostatke kao što su mala brzina prijenosa i spora brzina odziva, dok primjena 5G može poboljšati sposobnost prijenosa i obrade podataka sistema za nadzor sigurnosti i hitnog odgovora. Primjenom 5G, sistem za nadzor može prenositi video{31}}video, audio i druge podatke visoke definicije u centar za nadzor u realnom vremenu, pružajući pouzdaniji video izvor za sigurnosni nadzor. Centar za nadzor može obaviti sigurnosna upozorenja i otkrivanje abnormalnosti na osnovu ekrana-monitoringa u realnom vremenu, tako da se sigurnosni problemi mogu otkriti i rješavati na vrijeme. U slučaju nužde, metro voz, koristeći karakteristike niske latencije 5G, može brzo aktivirati sistem hitnog odgovora, poslati hitne signale dispečerskom centru, tražeći podršku i smjernice. Dispečerski centar može donijeti prosudbu i brzo izvršiti otpremu u skladu sa situacijom u stvarnom-vrijemenu, pokrenuti relevantni plan za hitne slučajeve kako bi zaštitio živote putnika. ( četiri ) automobil-zemlje komunikacioni sistem automobil-zemni komunikacioni sistem je ključni dio voza podzemne željeznice i zemaljske opreme, objekata za interakciju podataka. Zemaljski komunikacioni sistem vozila{42}}uglavnom se oslanja na kabl koji propušta, Wi{43}}Fi i drugu tradicionalnu komunikacionu opremu, postoje poteškoće sa prodiranjem signala, mala brzina prenosa i drugi nedostaci, a primjena 5G može obezbijediti pouzdaniji i efikasniji kanal za prijenos podataka za sistem komunikacije na zemlji{45}}vozila. Primjenom 5G, vozovi podzemne željeznice mogu stupiti u interakciju sa zemaljskom opremom i objektima u realnom vremenu, ostvarujući{48}}prijenos i obradu informacija na zemlji{48}}i integrirani prijenos informacija. Na primjer, voz podzemne željeznice može slati signale zahtjeva inteligentnim saobraćajnim signalima duž pruge, zahtijevajući prilagođavanje dužine signala kako bi zadovoljio potrebe rada voza. Zemaljska oprema također može slati kontrolna uputstva i informacije o statusu vozu, ostvarujući{51}}kooperativno djelovanje vozila. Koristeći karakteristike niske{53}}napone 5G, oprema za napajanje s dužim neprekidnim vremenom napajanja može se dizajnirati ili se način napajanja opreme može optimizirati kako bi se produžilo vrijeme rada opreme i poboljšala stabilnost{55}}zemlje komunikacije vozila.

III. Ključna pitanja i rješenja za primjenu 5G u gradskom željezničkom saobraćaju

(I) Problem pokrivenosti signalom Zbog složenog okruženja gradskog željezničkog tranzita, posebna okruženja kao što su tuneli i podzemne stanice postavljaju veće zahtjeve za pokrivenost signalom. 5G signali mogu doživjeti ozbiljno slabljenje signala u ovim posebnim okruženjima, što rezultira nemogućnošću kontinuiranog pokrivanja signala, što zauzvrat utiče na stabilnost komunikacije. Da bi se riješio problem pokrivenosti signalom, trebalo bi poboljšati 5G signale i proširiti opseg pokrivenosti signalom povećanjem broja baznih stanica i optimizacijom rasporeda antene. U posebnim okruženjima koristi se tehnologija za poboljšanje signala, kao što su kablovi koji cure, kablovi koji propuštaju u kombinaciji sa makro baznim stanicama, itd., za kompenzaciju i poboljšanje signala. Optimizirajte za različite scenarije i sveobuhvatno razmotrite faktore kao što su frekvencijski opseg, tip antene i snaga prijenosa kako biste postigli najbolji efekat pokrivenosti signalom. Antene se mogu koristiti za pokrivenost 5G signalom u depoima gradskih željezničkih tranzitnih vozila, stanicama, parkiralištima i unutrašnjim i vanjskim scenarijima. Gubitak slobodnog prostora je: L=32.4+20lg(F)+20lg(D) Gdje je: L gubitak slobodnog prostora, dB; F je frekvencija, MHz; D je udaljenost, km. Prilikom dizajniranja rješenja za pokrivenost bežičnim signalom za dionice gradskih željezničkih tunela, potrebno je sveobuhvatno razmotriti više faktora. Prvo, kako bi se osigurao kvalitet i stabilnost prijenosa signala, potrebno je uzeti u obzir gubitak prijenosa kabla zbog curenja. U dizajnu rješenja pokrivenosti dionice, koaksijalni kabeli s manjim gubitkom u prijenosu kablova zbog curenja treba odabrati kako bi se smanjilo slabljenje signala. Drugo, treba uzeti u obzir gubitak spoja. Gubitak sprege se odnosi na slabljenje signala uzrokovano međusobnim smetnjama između koaksijalnih kablova. U projektnom rješenju treba odabrati koaksijalne kablove sa manjim gubitkom sprege kako bi se smanjile smetnje signala. Treće, potrebno je uzeti u obzir zaštitu vozila i druge dodatne gubitke spojnice. Zaštita vozila odnosi se na efekt zaštite zemaljskih vozila u tunelu na bežične signale, što može uzrokovati slabljenje signala. U projektnom rješenju treba odabrati odgovarajuću opremu za poboljšanje signala kako bi se nadoknadili gubici uzrokovani zaštitom vozila. Istovremeno, treba uzeti u obzir i druge moguće dodatne gubitke spoja, kao što je interferencija strukture tunela i materijala na signalima. (II) Problem prebacivanja signala dionica U gradskom željezničkom tranzitnom sistemu, vozovi će prolaziti kroz različite dionice, a pokrivenost signalom i uslovi interferencije svake dionice su također različiti. Stoga, kada voz ulazi iz jednog dijela u drugi, potrebno je prebacivanje signala. U sistemu gradskog željezničkog tranzita koji koristi 5G, potrebno je obratiti pažnju na sljedeća dva ključna pitanja u prebacivanju signala dionica. Prvo, neometano prebacivanje signala. Tokom vožnje voza, signalni uslovi u svakoj sekciji su različiti, tako da voz treba da prebaci signale. Ovo zahtijeva da proces prebacivanja signala treba da bude što je moguće besprijekorniji bez utjecaja na komunikacijske usluge u vozu. Besprekorno prebacivanje zahteva rešavanje problema kašnjenja u procesu prebacivanja kako bi se obezbedio tačan prenos podataka tokom procesa prebacivanja. Drugo, optimizacija prebacivanja sekcija. U gradskim željezničkim tranzitnim sistemima, vozila obično prolaze kroz više dionica, a uvjeti signala i kvalitet mreže svake dionice mogu biti različiti. Stoga je potrebno odabrati najbolju sekciju za prebacivanje kroz inteligentne algoritme ili algoritme optimizacije kako bi se poboljšao kvalitet i efikasnost komunikacije. Ovo zahtijeva da tokom procesa prebacivanja, sistem može pratiti i procijeniti uslove signala i kvalitet svake sekcije u realnom vremenu, i donositi odluke o prebacivanju na osnovu ovih informacija. (III) Problemi sa resursima opsega U gradskom željezničkom tranzitu, resursi opsega komunikacijskog sistema su ograničeni. U poređenju sa 4G, 5G ima veću brzinu prenosa podataka, manju latenciju i više konekcija, tako da zahteva resurse šireg opsega. Međutim, postojeći resursi opsega su ograničeni i teško je zadovoljiti -primenu velikih razmjera 5G u gradskom željezničkom tranzitu. U gradskom željezničkom tranzitu, različite usluge imaju različite zahtjeve za resurse opsega. Kako razumno alocirati i upravljati resursima frekvencijskog opsega, izbjeći sukobe i smetnje, te osigurati normalan rad različitih usluga, glavni su problemi s kojima se susreće primjena 5G u gradskom željezničkom tranzitu. Da bi se riješio problem resursa frekvencijskog opsega, odgovarajući resursi frekvencijskog opsega treba razumno dodijeliti prema potrebama i karakteristikama različitih usluga. Na primjer, za usluge kontrole i sigurnosti vlakova, treba prvo garantirati stabilnost njihovih resursa frekvencijskog pojasa. Pored toga, optimizacija i upravljanje resursima frekvencijskog opsega treba biti ojačana, a inteligentni sistemi raspoređivanja i upravljanja bi se trebali primijeniti za dinamičku dodjelu i upravljanje resursima frekvencijskog opsega. U isto vrijeme, neke nove tehnologije resursa frekvencijskog opsega, kao što su visokofrekventni pojasevi i milimetarski valovi, mogu se primijeniti kako bi se poboljšala efikasnost korištenja resursa frekvencijskog opsega. (IV) Problemi s kompatibilnošću opreme U poređenju sa 4G, 5G ima velike razlike u spektru, načinu modulacije, mrežnoj arhitekturi itd., što otežava direktnu nadogradnju mnogih postojećih 4G uređaja na 5G. Stoga je potrebno kupiti veliki broj 5G-specifične opreme, što povećava cijenu transformacije. Postoji mnogo vrsta komunikacione opreme u gradskom željezničkom tranzitu, kao što su sistemi za kontrolu vozova, signalni sistemi, sistemi za nadzor sigurnosti itd., a svaki sistem ima svoje komunikacijske protokole i standarde. Prilikom uvođenja 5G, pitanje je vrijedno pažnje kako osigurati kompatibilnost ovih sistema sa 5G opremom. Ako postoje problemi s kompatibilnošću opreme, to može dovesti do blokiranog prijenosa signala, grešaka u razmjeni podataka, itd., što utiče na točan rad vozova. Postoje sljedeće mjere za rješavanje problema kompatibilnosti opreme. Prvo, trebalo bi ojačati testiranje kompatibilnosti i verifikaciju 5G opreme sa postojećim sistemima, što uključuje ocjenu kompatibilnosti opreme i sistema različitih proizvođača, te formulisanje unificiranih komunikacijskih protokola i standarda kako bi se osigurala stabilna komunikacija između njih i postigla interoperabilnost. Drugo, treba aktivno promovirati primjenu 5G u gradskom željezničkom tranzitu, a proizvođače opreme i naučno-istraživačke institucije treba ohrabriti da sarađuju kako bi zajednički razvili opremu i sisteme s većom kompatibilnošću. Konačno, u procesu nabavke i odabira opreme treba u potpunosti razmotriti kompatibilnost opreme sa 5G kako bi se izbjegli različiti problemi uzrokovani kasnijom transformacijom i zamjenom.

-Dubinsko istraživanje o primjeni 5G u gradskom željezničkom saobraćaju pokazuje da je 5G donio neviđene mogućnosti gradskom željezničkom tranzitu, čineći komunikacioni sistem efikasnijim, sigurnijim i pouzdanijim. Međutim, još uvijek postoje neki problemi u primjeni 5G u gradskom željezničkom tranzitu, kao što su pokrivenost signalom, intervalno prebacivanje signala, resursi frekvencijskog pojasa i kompatibilnost opreme. U praktičnim primjenama potrebno je u potpunosti razmotriti ove faktore, ojačati tehnološka istraživanja i razvoj i inovacije, te formulirati razumna rješenja.