5G专网助力轨道交通“行稳智远”

         根据交通运输部数据统计，截至2024年底，全国共有54个城市开通运营城市轨道交通线路325条，运营里程10945.6公里。2024年全年开行列车4085万列次，完成客运量322.4亿人次。城市轨道交通网络迅速扩展，极大地提升了城市运行效率和居民出行便利程度。城轨建设和运营费用高昂，数据显示全国轨道交通企业平均每公里运营成本高达1126万元，北上广深等大城市甚至超过了1500万元/公里。随着政府对市政基础设施投资政策的调整，轨道交通未来将向更加多元化、智慧化和可持续的方向发展。

        5G专网应用于城市轨道交通系统既能够提高运营质量和效率，还能够帮助企业实现良好的经济效益和社会效益。

5G专网简化系统架构

        无线通信网络是保障轨道交通系统高效、安全运行的重要基础。无线专网在城市轨道交通中的应用有如下几个发展阶段（见图1）:

• 20世纪90年代初引入模拟语音无线通信网络;
• 2005年南京地铁1号线首次采用TETRA数字集群通信系统；
• 2008年北京地铁2号线采用WLAN进行CBTC信号系统升级；
• 2016年武汉地铁6号线首次实现基于LTE-M的CBTC业务承载。

        在技术发展过程中，这些无线通信网络并没有实现兼容和替代关系，而是形成了多网叠加并存的情况，易产生数据孤岛，资源利用率低。5G专网可发挥高速率、低延迟、大容量和广覆盖等特点，有效切入城市轨道交通行业痛点，结束多网并存，走向一网融合。

5G专网技术优势明显

        5G有诸多特色功能，可以更好地适配轨道交通行业多样化的应用需求。
 

• 5G NR灵活空口，满足上行容量
  
          与LTE网络不同，5G NR无线帧结构中上下行时隙的配置更加灵活可变，可以根据业务需求调整上下行时隙的数量和长度。此外，还支持非对称频谱使用，提高系统的适应性和资源利用率。这种灵活性使得5G NR可以更好地适应轨交行业车端数据上行为主的传输业务模型。
  
  
• 5G E2E网络切片，实现综合承载
   

        网络切片在通用硬件基础设施中切分出多个虚拟的端到端（E2E）网络，每个网络切片在设备、接入网、传输网以及核心网方面实现逻辑隔离，以更好地满足轨交行业安全生产、内部管理、外部服务三大类业务，数几十个子系统的业务通过5G实现综合承载、独立运行的需求。
 

• 5G TSN确定网络，保障关键业务
   

        通过5G网络和时间敏感网络技术的结合，再结合时钟同步、业务报文类型和特征智能感知，并通过双发选收、智能化调度及精准门控保障端到端SLA（service level agreement）。系统提供10±1ms级高可靠确定性网络接入，确保列车CBTC/TACS信号系统的安全稳定运行。
 

• 5G LAN局域网，简化组网连接
   

        5G LAN可以替代行业常用的IPSec和L2TP隧道协议，为终端提供终端互联互通或终端分隔等灵活的通信能力。同一LAN群组内能够适用基于IP或Ethernet的点对点、多点传输的通信模式。传统的TCP/IP网络业务架构无需改造即可接入5G网络，组网更简单，连接更可靠。
 

• 5G MEC边缘计算，赋能AI应用
   

        5G网络支持将算力下沉到网络边缘，结合城轨视频AI类应用有广泛的业务场景，如车辆段的车辆关键部件视觉检测、接触网的视频检测等，还能结合射频识别技术实现人员定位、客流量分析等大数据应用，实现高效管理。

• 5G MBS广播多播，提升出行体验
   

        5G MBS将多媒体内容通过广播方式向用户推送，保证流畅的观看体验。该功能可以适配当前地铁PIS业务，节省空口传输带宽，简化车端多屏组网，并支持Free-to-Air模式，实现无SIM卡接收模式，这样乘客可使用自己的手机播放PIS系统提供的丰富媒体内容。

• 5G MCx宽带集群，打破通信壁垒
   

        5G关键任务（mission critical）移动宽带集群服务满足语音、视频、数据及行业特定等业务的集群通信需求，具备高可靠、高安全、易部署等优势，支持TETRA、B-TrunC、PDT等系统融合互通，打破传统通信壁垒，提升跨线网运营、跨部门协作效率。

5G专网部署模式多样

        频率是构成5G无线网络的基础，结合当前政策法规和产业标准情况，国内各城市地城市轨道因地制宜，采用灵活多样的商用模式积极引入5G专网。

• 运营商代建代维
   

        截至2024年末，工业和信息化部已累计向4家基础电信运营企业许可公众移动通信无线电频率资源带宽1109MHz，其中86.5％可用于5G。针对轨道交通行业的RAMS业务（信号、集群等），可以由运营商提供代建代维5G独立专网。针对轨道交通行业的非RAMS业务（如乘客信息系统、承载视频监控系统、智慧运维系统等），可以由运营商提供基于5G公网切片隔离的逻辑专网，保障业务需求同时降低使用成本。

• 行业自建5G专网
   

        目前除了国铁、商飞等企业获得5G专频试用授权外，国家暂未向其他行业发放5G专频授权。但轨交行业用户可在国家无线电频率划分规定指导下采用5GHz NR-U（5G非授权频谱）或毫米波频率部署独立5G专网，此类中高频5G专网可以替代原有Wi-Fi车地网络，解决Wi-Fi安全性、移动性弱的问题，满足行业自建自维的要求。非授权频谱的4G/5G网络在成都地铁19号线二期线路已经部署应用，毫米波频率在上海地铁4号线、海外首尔地铁线路中已经部署应用。

        随着国内广州、上海、南京、武汉、天津、苏州等十多个城市轨道交通行业采用5G专网替代原有无线系统，从非核心生产业务承载，逐步探索核心业务系统承载，最终行业将形成5G专网综合承载解决方案。5G专网技术将在城市轨道交通中发挥重要作用，推动城市轨道交通更加自动化、智能化、绿色化发展。