“2年前的6月，中俄兩國領導人一同乘坐了京津高鐵，普京當時體驗了各種服務表示，“坐火車有一種浪漫的感覺”。對於更多普通乘客來說，在火車連續工作幾個小時不上網不娛樂是不現實的，所以溝通和娛樂是高鐵上網的主流應用，而5G能帶來的可不只是浪漫。”
4月17日，在FuTURE論壇社群的系列直播講壇中，北京交通大學軌道交通控制與安全國家重點實驗室常務副主任艾渤教授，以“智能高鐵中的5G新基建”主題，結合現實需求，為交通行業和ICT業點出了5G+軌道交通的發展亮點和痛點，以及近期、遠期的5G智能高鐵發展趨勢。
5G+交通，來看看最新的解。
智能高鐵中的5G新基建
北京交通大學軌道交通控制與安全國家重點實驗室常務副主任艾渤教授
（紫金山科技整理編輯）
智能高鐵終將會享受到超高清視頻、VR/AR業務。有人會問，為什麼要在列車上去部署支撐VR/AR業務的網絡和設備，是不是資源的浪費？我認為，智能高鐵就是要追求乘客體驗的極致，一代代升級。原來在列車上打個電話都費勁，現在可以用手機和PC高速上網了，那麼5G可以讓乘客體驗更精彩。
2018年6月，中俄兩國領導人一同乘坐了京津高鐵，普京當時體驗了各種服務表示，“坐火車有一種浪漫的感覺”。對於更多普通乘客來說，在火車連續工作幾個小時不上網不娛樂是不現實的，而5G帶來的不只是浪漫。
現在的上海虹橋站、北京南站和北站等火車站都有了5G覆蓋的體驗區。京張高鐵已經2019年十二月正式開通，全程235公里，其中北京段約八十公里，5G覆蓋率達到了89%，河北段約150公里，5G覆蓋率達到了95%，用戶體驗的下載速率可以達到每秒747M。
由科技部組織的重大專項仍在進行當中，希望在2022年北京冬奧會的時候，全面部署5G的京張高鐵和站臺，能夠為運動員觀眾、記者帶來更便利更極致的服務和體驗，包括列車多媒體奧運信息服務系統、智能車站服務、VR/AR伴隨式旅遊體驗、一體化診療信息系統等，將實現社區醫院和中心醫院實時雙向交互和全景直播等功能。
除了toC業務已開始廣為人知外，5G還更多地在智能高鐵上toB業務上擔當了幕後主力。
與前幾代通信顯著區別的5G，已在能源、醫療、電網、工業中發揮能力，高鐵中的車載服務以及沿線超高清視頻監控傳輸、全自動駕駛等領域，更是真正體現5G實力的地方。有些新的業務需求甚至在5G網絡建成之後才會出現。
在5G的加持下，鐵路質量網的構造主要體現在兩個方面，一是構建高速鐵路新一代的關鍵信息基礎設施；另一個是實現高鐵新業態和應用創新。這其中包括了智能建造、智能運維、智能運輸、智能服務和智能出行等。
鐵路智聯網主要分為內、外兩個體系。內網主要包括專用的傳輸網、接入網、移動通信網、數據網、鐵路私有云、鐵路數據中心等；外網包括3G/4G/5G等公眾移動通信網、互聯網、鐵路公有云平臺等，通過這兩個網實現人人、人物、物物之間的信息互通，和不同的鐵路專網之間的互聯，以及內網和外網之間的信息互通。
整體體系架構是圍繞著網絡平臺安全，定義了從感知層到應用層的關鍵技術要素，其中智能感知、精準感知、高可靠和低時延傳輸都非常重要。
例如在四千米以上的高海拔地區，泥石流等環境極其惡劣的區域，就可以使用由人進行遠程操控的無人作業車進行工作，通過各類監控傳感數據，利用大數據挖掘和分析的方法以及雲計算和邊緣計算，實現對列車運營態勢的實時判斷，對突發事件的診斷和預測，實現實時調度。列車列車之間的直接通信，也可以進一步減小追蹤間隔，提升線路運力。
如果說5G的eMBB功能可以在當下全面提升乘客體驗、改善運輸生產效率，實現列車安全視頻實時回傳、車載數據傳輸卸載轉存、樞紐安全監控的話，那麼mMTC和uRLLC則在接下來的幾年內，分別在列車運行狀態監測、車載控制網絡和列車實時控制、車車通信方面發揮更大作用。
車地通信可以讓列車控制器根據實時信息確定最優駕駛策略；車車通信則可以通過協同控制，減少車車之間追蹤間隔，提升線路運力；同一輛列車車廂之間的實時通信，也可以不再使用物理連接，而是用毫米波等無線通訊方式實現聯接，實現“軟編組”，可以進一步提升列車效率，和節能。
未來一列高鐵可以24小時運行，不需要專門留時間維修，巡檢可以隨時進行；“軟編組”可以支持車廂間資源更優調配，自動駕駛。這就是5G把高鐵運行和乘坐高鐵都變得特別爽的一個願景。
同時，網絡切片技術的出現，也把公網業務和專網業務的融合成為可能。
疫情下的智能高鐵新思考
新冠疫情給高鐵帶來的需求首先是醫護人員的輸運問題，需要快速、及時、大運量。但假如疫情發生在高鐵沒有到達的極偏遠地區，比如西藏該怎麼辦？所以國家和國鐵集團也正在大力發展高速鐵路網，正在逐步建設八縱八橫的高鐵線路。高鐵貨運不僅僅是次日達、當日達這樣的高鐵快遞業務，還有高鐵重載貨運業務，大批醫療物資的及時運輸。
我們需要通過5G、AI等技術實現對高鐵基礎設施和運行狀態的精準感知、感知數據的超可靠傳輸，感知數據的準確的分析，對突發事件的準確的低延時研判和決策。在大風、大霧、強降雪、地質塌陷等極端天氣、惡劣環境以及突發事件情況下還能夠安全可靠運行。
在確保列車安全運行的前提下，智能高鐵還需要進一步提升運輸效率，包括列車運行速度的提升，列車之間運行間隔的縮短，也就是發車頻次更密，這也涉及到5G技術的精準定位、車車通信的問題。
現在中國開始準備建設時速1000公里甚至時速更高的真空管道磁懸浮高鐵，更需要有5G、AI等先進技術的保障。
當然，還需要考慮到5G是否能確保某些重要高鐵線路在各種環境下，也能夠保證高效運輸。比如能否建設幾條重要的地下高鐵線路，不要求追蹤間隔，就一條線路，但是確保在各種環境下都能實現運力大、速度快，而不受天氣、環境等因素影響。
5G應用於高鐵的主要痛點
5G應用於高鐵最大問題與挑戰有兩個方面：一個是頻段和帶寬問題。國鐵集團的頻率資源太過貧乏，目前使用sub-6G也就是6G以下頻段是最可行的，但這個頻段比較擁擠，享有的帶寬也不會太大，還有與公網有同頻干擾問題，這本身也就限制了5G的大帶寬高數據傳輸速率的應用，尤其是鐵路樞紐地區、編組場站、乘客娛樂等面向多用戶的應用。
這種情況基站側配置大規模天線陣列，終端側配備多天線是一個相對好的解決辦法。如果能擁有像28 GHz等毫米波頻段資源，這個是再好不過的，很多5G優勢就能發揮出來，但國鐵集團又很難擁有這樣的頻率資源。怎麼辦？可以考慮向中國移動等運營商租借頻段的方式，或者採用網絡切片的方式把鐵路非安全業務，比如一些需要大帶寬高清視頻監控的業務用運營商網絡來承載。
另一個問題是與現有高鐵通信網絡的兼容問題。高鐵造價本身高，如果當前階段就採用5G獨立組網的方式，再加上採用毫米波頻段，那麼網絡架構、基站、核心網等都得重新建設，造價會非常高。所以，我個人認為5G應用於高速鐵路建設需要採取分步驟、循序漸進的方式。先採用非獨立組網，並與現有鐵路通信網絡兼容一段時間，在一些高鐵典型應用場景和業務方面，比如高鐵車站、鐵路樞紐、編組場站、鐵路物聯網的海量接入方面使用5G，然後再逐步鋪開，最後做到完全採用高鐵的5G通信網絡。這不僅是在通信方面的意義重大，對於列控系統的升級也具有重大意義。
其他一些具體的技術挑戰還有毫米波頻段的高速移動性能和實現問題，目前室外毫米波還是在靜止狀態和步行狀態下性能較為穩定；毫米波頻段的網絡架構和資源管理問題；高鐵物聯網在高速移動狀態下的海量終端接入問題；超可靠低時延技術的高速移動狀態下的適用性問題，包括幀結構的設計和有限長編碼方案的設計等。
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