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5G承载城轨车-地综合通信方案分析

摘要：随着城轨车辆的逐步更新换代，对通信技术的要求也越来越高，其中车-地综

合通信系统是实现城轨车辆与地铁信息互通的关键技术之一。车-地综合通信系统将列车作

为移动平台和数据平台进行连接，并与轨道车辆进行通信。同时利用5G传输技术实现车

辆与地面的信息交互。为了满足城轨车辆及地面系统发展对列车通信系统提出了很高的要

求，同时在未来城轨通信系统也需要更加智能化以及低成本等特点。那么从车-地综合通信

系统出发要满足哪些要求呢？下面将从车辆-地综合通信系统架构及性能、通信设备选型以

及系统维护方面进行分析和探讨来为其提供最优支撑条件。

关键词：车-地通信；5G；承载需求

城市轨道交通运输的骨干方式，随着5G的到来，城市轨道交通的数字化进程加快。

在数字化轨道交通网络中，城轨列车是关键部件。城轨列车由车载计算机驱动、控制系统

和轨道系统自动运行、控制系统监控和自动运行控制。其自动运行涉及大量先进控制技

术，如信号、自动控制系统和车辆自动运行控制等。城轨列车也是一个大型工业生产系

统，由于其安全特性，其运行和控制系统是基于复杂的环境因素建立的环境。为了确保列

车运行和控制安全，城轨列车具有很强的高可靠性、大范围网络覆盖、可扩展性等特点。

随着5G技术和车-地通信技术的发展，城轨通信系统逐渐向车-地综合通信演进。

1.系统架构及性能

1.1车-地通信

车-地通信主要由车载设备和轨道车载设备组成，车载设备包括车载电脑、行车控制

器、电源设备、网络交换机等。车载电脑主要负责车载设备之间控制、数据交互等功能；

行车控制器负责对车辆运行状态、行车状态及应急状况进行实时监控等功能；网络交换机

主要负责对轨道车辆车载设备之间的通信交换等功能。车-地通信主要由车载设备和轨道车

辆系统共同组成。车载设备包括车辆信息管理系统（PMS)、智能网络通信系统（NGN)、

车载无线通信系统（GPRS)等。车载设备通过车载PMS与车载网络连接实时采集相关信息

为车辆运行状态及应急情况下行驶提供保障；网络交换系统负责通过NGN、GPRS为基于

4G制式LTE演进到第四代LTE制式LTE网络提供通信保障。该系统为基于移动宽带网络

进行移动网和无线网之间通信所组成，车载控制系统和城轨车辆控制系统通过车-地通信连

接在一起后，该系统基于网络为城轨车辆提供控制通信服务工作；车辆侧监控系统为车-地

通信提供控制通信服务工作。

1.25G传输

5G通信技术将在城轨应用中率先实现商用，实现5G无线网络能力全覆盖。在城轨场

景下,5G无线网络承载包括通信信号传输、站点管理、无线通信、车载终端等部分，每个

部分都与城轨通信相关。由于5G网络传输速率快，其传输速率将比4G快2倍以上。由于

5G基站规模较大（单个基站规模大于10万个）将大大提升5G基站性能实现5G无线网络

与城轨车辆通信功能与服务需求。同时通过多频段LTE基站覆盖与5G基站覆盖进行信息

交换，能够提供更高速率及更好的体验效果。目前多家运营商已开展5G基站建设，中国

移动、中国电信均已建成具备大规模5G终端部署能力且可同时支持LTE网络与NR网络

两种网络形态的城轨车辆-地综合通信系统。

1.3综合性能分析

基于5G网络优势，可充分满足城轨车辆子系统与5G通信网络之间通信需求。具体

而言：(1)时延性能：在5G通信标准下，时延是指网络传输过程中在一定条件下，发送方

和接收方之间产生的延迟。不同类型的城轨车-地综合通信方案可以满足不同城轨乘客对时

延和速率需求。(2)时延控制：采用波分网口可实现在无线网络与蜂窝网络间双向通信。该

方式可有效提高通信可靠性，保障乘客正常使用。(3)速率和稳定性：车-地综合通信方案

能够满足乘客在车内通信需求。

2.性能指标

2.1承载网络

目前,5G网络和城轨网络的最大区别在于城轨网络中5G基站和城轨设备之间的物理

层网络为5G技术在城轨网络中应用提供了基础条件。在5G时代利用5G对城轨场景进行

了全方位感知，因此5G网络支持城轨网络中低时延、高可靠、大带宽等特性。通过5G网

络实现城轨列车对5G业务速率及时延的快速响应。同时5G/以太网技术支持城轨列车快

速接入并实现对城轨列车运行状态和相关设施设备进行监控。在当前3GPPR15版本中

（6GHz以下）使用