“2年前的6月，中俄两国领导人一同乘坐了京津高铁，普京当时体验了各种服务表示，“坐火车有一种浪漫的感觉”。对于更多普通乘客来说，在火车连续工作几个小时不上网不娱乐是不现实的，所以沟通和娱乐是高铁上网的主流应用，而5G能带来的可不只是浪漫。”
4月17日，在FuTURE论坛社群的系列直播讲坛中，北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室常务副主任艾渤教授，以“智能高铁中的5G新基建”主题，结合现实需求，为交通行业和ICT业点出了5G+轨道交通的发展亮点和痛点，以及近期、远期的5G智能高铁发展趋势。
5G+交通，来看看最新的解。
智能高铁中的5G新基建
北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室常务副主任艾渤教授
（紫金山科技整理编辑）
智能高铁终将会享受到超高清视频、VR/AR业务。有人会问，为什么要在列车上去部署支撑VR/AR业务的网络和设备，是不是资源的浪费？我认为，智能高铁就是要追求乘客体验的极致，一代代升级。原来在列车上打个电话都费劲，现在可以用手机和PC高速上网了，那么5G可以让乘客体验更精彩。
2018年6月，中俄两国领导人一同乘坐了京津高铁，普京当时体验了各种服务表示，“坐火车有一种浪漫的感觉”。对于更多普通乘客来说，在火车连续工作几个小时不上网不娱乐是不现实的，而5G带来的不只是浪漫。
现在的上海虹桥站、北京南站和北站等火车站都有了5G覆盖的体验区。京张高铁已经2019年十二月正式开通，全程235公里，其中北京段约八十公里，5G覆盖率达到了89%，河北段约150公里，5G覆盖率达到了95%，用户体验的下载速率可以达到每秒747M。
由科技部组织的重大专项仍在进行当中，希望在2022年北京冬奥会的时候，全面部署5G的京张高铁和站台，能够为运动员观众、记者带来更便利更极致的服务和体验，包括列车多媒体奥运信息服务系统、智能车站服务、VR/AR伴随式旅游体验、一体化诊疗信息系统等，将实现社区医院和中心医院实时双向交互和全景直播等功能。
除了toC业务已开始广为人知外，5G还更多地在智能高铁上toB业务上担当了幕后主力。
与前几代通信显著区别的5G，已在能源、医疗、电网、工业中发挥能力，高铁中的车载服务以及沿线超高清视频监控传输、全自动驾驶等领域，更是真正体现5G实力的地方。有些新的业务需求甚至在5G网络建成之后才会出现。
在5G的加持下，铁路质量网的构造主要体现在两个方面，一是构建高速铁路新一代的关键信息基础设施；另一个是实现高铁新业态和应用创新。这其中包括了智能建造、智能运维、智能运输、智能服务和智能出行等。
铁路智联网主要分为内、外两个体系。内网主要包括专用的传输网、接入网、移动通信网、数据网、铁路私有云、铁路数据中心等；外网包括3G/4G/5G等公众移动通信网、互联网、铁路公有云平台等，通过这两个网实现人人、人物、物物之间的信息互通，和不同的铁路专网之间的互联，以及内网和外网之间的信息互通。
整体体系架构是围绕着网络平台安全，定义了从感知层到应用层的关键技术要素，其中智能感知、精准感知、高可靠和低时延传输都非常重要。
例如在四千米以上的高海拔地区，泥石流等环境极其恶劣的区域，就可以使用由人进行远程操控的无人作业车进行工作，通过各类监控传感数据，利用大数据挖掘和分析的方法以及云计算和边缘计算，实现对列车运营态势的实时判断，对突发事件的诊断和预测，实现实时调度。列车列车之间的直接通信，也可以进一步减小追踪间隔，提升线路运力。
如果说5G的eMBB功能可以在当下全面提升乘客体验、改善运输生产效率，实现列车安全视频实时回传、车载数据传输卸载转存、枢纽安全监控的话，那么mMTC和uRLLC则在接下来的几年内，分别在列车运行状态监测、车载控制网络和列车实时控制、车车通信方面发挥更大作用。
车地通信可以让列车控制器根据实时信息确定最优驾驶策略；车车通信则可以通过协同控制，减少车车之间追踪间隔，提升线路运力；同一辆列车车厢之间的实时通信，也可以不再使用物理连接，而是用毫米波等无线通讯方式实现联接，实现“软编组”，可以进一步提升列车效率，和节能。
未来一列高铁可以24小时运行，不需要专门留时间维修，巡检可以随时进行；“软编组”可以支持车厢间资源更优调配，自动驾驶。这就是5G把高铁运行和乘坐高铁都变得特别爽的一个愿景。
同时，网络切片技术的出现，也把公网业务和专网业务的融合成为可能。
疫情下的智能高铁新思考
新冠疫情给高铁带来的需求首先是医护人员的输运问题，需要快速、及时、大运量。但假如疫情发生在高铁没有到达的极偏远地区，比如西藏该怎么办？所以国家和国铁集团也正在大力发展高速铁路网，正在逐步建设八纵八横的高铁线路。高铁货运不仅仅是次日达、当日达这样的高铁快递业务，还有高铁重载货运业务，大批医疗物资的及时运输。
我们需要通过5G、AI等技术实现对高铁基础设施和运行状态的精准感知、感知数据的超可靠传输，感知数据的准确的分析，对突发事件的准确的低延时研判和决策。在大风、大雾、强降雪、地质塌陷等极端天气、恶劣环境以及突发事件情况下还能够安全可靠运行。
在确保列车安全运行的前提下，智能高铁还需要进一步提升运输效率，包括列车运行速度的提升，列车之间运行间隔的缩短，也就是发车频次更密，这也涉及到5G技术的精准定位、车车通信的问题。
现在中国开始准备建设时速1000公里甚至时速更高的真空管道磁悬浮高铁，更需要有5G、AI等先进技术的保障。
当然，还需要考虑到5G是否能确保某些重要高铁线路在各种环境下，也能够保证高效运输。比如能否建设几条重要的地下高铁线路，不要求追踪间隔，就一条线路，但是确保在各种环境下都能实现运力大、速度快，而不受天气、环境等因素影响。
5G应用于高铁的主要痛点
5G应用于高铁最大问题与挑战有两个方面：一个是频段和带宽问题。国铁集团的频率资源太过贫乏，目前使用sub-6G也就是6G以下频段是最可行的，但这个频段比较拥挤，享有的带宽也不会太大，还有与公网有同频干扰问题，这本身也就限制了5G的大带宽高数据传输速率的应用，尤其是铁路枢纽地区、编组场站、乘客娱乐等面向多用户的应用。
这种情况基站侧配置大规模天线阵列，终端侧配备多天线是一个相对好的解决办法。如果能拥有像28 GHz等毫米波频段资源，这个是再好不过的，很多5G优势就能发挥出来，但国铁集团又很难拥有这样的频率资源。怎么办？可以考虑向中国移动等运营商租借频段的方式，或者采用网络切片的方式把铁路非安全业务，比如一些需要大带宽高清视频监控的业务用运营商网络来承载。
另一个问题是与现有高铁通信网络的兼容问题。高铁造价本身高，如果当前阶段就采用5G独立组网的方式，再加上采用毫米波频段，那么网络架构、基站、核心网等都得重新建设，造价会非常高。所以，我个人认为5G应用于高速铁路建设需要采取分步骤、循序渐进的方式。先采用非独立组网，并与现有铁路通信网络兼容一段时间，在一些高铁典型应用场景和业务方面，比如高铁车站、铁路枢纽、编组场站、铁路物联网的海量接入方面使用5G，然后再逐步铺开，最后做到完全采用高铁的5G通信网络。这不仅是在通信方面的意义重大，对于列控系统的升级也具有重大意义。
其他一些具体的技术挑战还有毫米波频段的高速移动性能和实现问题，目前室外毫米波还是在静止状态和步行状态下性能较为稳定；毫米波频段的网络架构和资源管理问题；高铁物联网在高速移动状态下的海量终端接入问题；超可靠低时延技术的高速移动状态下的适用性问题，包括帧结构的设计和有限长编码方案的设计等。
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