摘 要：車地間移動通信是智能軌道交通的重要基礎支撐，隨著移動通信技術的快速發展，需要對軌道交通移動通信的發展方向和策略進行研究。文章首先對軌道交通移動通信業務需求進行分析，并對4G LTE與5G的標準演進、技術指標和關鍵技術等進行介紹。然后，針對承載能力、無線頻譜、服務質量、產業支撐和經濟性方面，對4G LTE與5G在軌道交通場景中的適用性進行分析比較。最后，提出點線差異化、公專網結合、跟蹤5G行業應用等發展建議，為確定軌道交通移動通信技術的發展方向提供借鑒。

　　關鍵詞：軌道交通;移動通信;5G;LTE

　　推薦閱讀：《軌道交通裝備與技術》(雙月刊)創刊于1993年，由中國南車集團戚墅堰機車車輛工藝研究所主辦。本刊以鐵路機車車輛工業為主要報道內容。

　　0 引言

　　在城市軌道交通領域，2017年中國城市軌道交通協會牽頭組織完成城市軌道交通車地綜合通信系統(LTE-M)系列標準的編制工作，逐步取代TETRA和Wi-Fi，形成1張具備綜合承載能力的移動通信網絡，滿足調度通信、列車控制、乘客信息服務(PIS)和視頻監控(IMS)等關鍵業務的通信需求。

　　在國家鐵路領域，2015年中國鐵路成立鐵路下一代移動通信技術研究工作組，2018年在京沈高速試驗段完成LTE-R系統試驗，預計2019年基本完成LTE-R系列標準的編制工作。

　　2019年6月6日，隨著工信部5G商用牌照的發放，標志著我國正式進入5G商用元年，5G發展進入快車道。5G不僅是通信行業未來發展的重點，也是從政府到民眾全社會關注的焦點。從技術角度講，目前的5G還未全部實現國際電信聯盟(ITU)制定的3大愿景，市場上的基站產品遵從R15版本標準，滿足增強移動寬帶(eMBB)的要求，這方面特性主要受公眾消費市場牽引，關于海量機器類通信(mMTC)、超可靠和低時延通信(uRLLC)等行業應用技術將在R16和R17標準中制定，完善的技術標準預計2020年—2021年以后正式發布。

　　隨著我國軌道交通向智能化方向發展，多媒體調度通信、智能調度指揮、列車車況信息遠程實時監測、基礎設施實施狀態實時感知、優化控制和自動駕駛、智能列車、鐵路物聯網、移動高清視頻監控、增強乘客服務等多類型、全方位的智能業務將不斷涌現，同時將廣泛應用云計算、大數據、人工智能、移動互聯等新技術，移動通信尤其是車地間移動通信能否滿足智能業務的需求，成為能否實現智能軌道交通的關鍵一環。因而，應盡早開展軌道交通移動通信技術的發展研究，合理布局，避免移動通信成為未來軌道交通智能化發展的瓶頸。

　　軌道交通移動通信技術繼續發展4G LTE還是發展5G技術，兩者在未來發展中如何定位等問題，不僅僅是技術層面，還需統籌考慮包括業務需求、技術標準、產業支撐、國家頻率分配政策、技術經濟性等多方面因素。以下就這些問題開展初步分析，以供借鑒。

　　1 軌道交通主要業務需求分析

　　從服務對象角度，軌道交通移動通信業務可分為行車應用類、運營和維護類、旅客服務類。其中，行車應用類主要包括調度指揮通信、列車運行控制、自動駕駛等行車調度指揮和控制業務;運營和維護類主要包括移動裝備和固定裝備的檢驗檢測、養護維修等;旅客服務類包括面向旅客出行、旅客服務、安全保障等通信業務[1]。

　　無線通信系統的部署通常按區域進行覆蓋，應從應用區域和區段上劃分應用場景，提出對無線通信系統承載能力的要求。軌道交通大體可劃分為正線和站場2類應用場景，2類場景的業務既相互交叉，又有一定的獨立性和差異性。

　　(1)鐵路正線，主要包括正線車站和區間線路，該場景下的業務主要包括6類。 ①行車指揮業務：列車調度通信、列車運行控制、列車緊急文本、自動駕駛等;②監測監控業務：IMS、列車安全防護和預警、列車運行監測檢測、基礎設備設施狀態信息、列車定位、站車間信息交互;③地面基礎設施監測業務：線橋隧、通信信號、電力和供電等專業基礎設施監測檢測信息傳送;④乘客信息服務：主要包括PIS車載媒體業務;⑤列車車內服務和聯絡;⑥養護維修、公共安全、應急通信等。

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

　　目前，在城市軌道交通領域，列控和自動駕駛、調度通信、列車運行狀態監測、IMS、PIS為關鍵業務，關系到系統是否具備開通條件。這些業務是移動通信系統承載的核心業務。

　　根據《LTE-M總體規范 第3部分：綜合承載信息分類與要求》[2]的規定，LTE-M各關鍵業務的帶寬需求如表1所示。

　　能否滿足以上業務的需求，是衡量軌道交通移動通信系統適用性的基本要求。

　　2 技術標準演進

　　移動通信技術體制演進如圖1所示。

　　第一代為模擬對講技術，自2G進入數字通信以來，系統由窄帶向寬帶演進，數據傳輸速率不斷提高。

　　4G LTE和5G的3GPP標準演進路線如圖2所示[3]。

　　3GPP在2008年初完成了LTE第1個版本的標準R8，2014年在R10中完成了LTE的演進LTE-Advanced。LTE技術標準不斷完善與增強。

　　5G的第1個標準R15已于2018年6月完成， 主要面向eMBB場景。R15標準只定義了基本的uRLLC場景，沒有針對物聯網業務再定義新的標準，仍然采用LTE標準下的窄帶物聯(NB-IoT)和移動物聯技術(eMTC)。面向行業應用的mMTC和uRLLC場景在R16版本中定義，預計將于2020年底凍結。最終的5G官方標準將于2020年底由ITU評估、批準后正式發布。

　　與4G相比，5G技術的標準更加統一，由3GPP國際化標準組織統一制定;服務場景更加多樣，支持eMBB場景、mMTC場景和uRLLC場景，如圖3所示[4];5G服務對象在過去人與人通信的基礎上，增強了人與物、物與物之間的互聯。