浅析5G在城市轨道交通领域的应用场景（二）信号系统应用
在《浅析5G在轨道交通领域的应用场景（一）》一文中，笔者分析了5G在城市轨道交通CCTV和PIS系统中的应用。作为轨道交通系统的"神经"和“大脑”的信号系统，对新技术的采用通常是比较保守的，这一点从LTE-M在中国历经4年（2014-2017）终于取代WiFi成为CBTC系统主要通信体制的过程可见一斑。对于5G如何运用于CBTC系统，由于当前没有可使用的频谱资源，实际应用中并无太大进展。但通过分析5G网络的一些新特性，可以确定，5G网络将在下面一些领域给CBTC系统带来革命性的变化。
（1）互联互通
早期的CBTC系统由于车地通信带宽较低，如802.11跳频，最大带宽只有2Mbps，实际运用中，在小区边缘的带宽更低。为了降低车地通信的带宽需求，不得不在车载控制器中装载电子地图系统。车载控制器中装载电子地图后，地面控制器只需要向车载控制器发送移动授权终点坐标，其他信息均可通过车载电子地图查询得到，从而大幅度降低了车地通信对带宽的需求。
但是，车载电子地图的引入，却极大的影响了CBTC系统互联互通的能力，使得装载车载电子地图的CBTC系统，只能在小范围内互联互通。
其原因在于，装载车载电子地图的CBTC系统中，随着互联互通线网中线路长度的增长，每次新线开通，都必须对线网内所有列车的电子地图数据进行更新，对于大型线网而言，将导致无法接受的管理工作量，更新过程失误造成的极高安全风险，以及由此带来的车载控制器存储容量和查询性能问题。
5G网络的应用为解决大范围互联互通问题创造了条件，利用5G网络具有的高带宽，低延迟特性，可以将车载控制器需要的控车信息，在地面控制器中完成查询后，通过5G网络发送给车载控制器，从而可以取消车载电子地图系统，避免了车载电子地图系统造成的管理负担、更新风险和车载控制器的容量及性能问题。
车载控制器不装载电子地图的CBTC系统，与铁路中采用的CTCS/ETCS系统类似，笔者认为，日本当前采用的基于统一信号系统（数字式ATC）的普速与城轨融合方案，或成为CBTC系统未来的演进方向。以目前欧洲/中国的情况而言，ETCS-3/CTCS-4或为统一普速铁路与城轨的技术选择，这类系统将有效解决城际铁路、市域铁路与城市轨道交通的互联互通及高密度运行问题。
（2）定位系统
信号系统对定位的需求主要包括绝对位置和相对位置的获取。
其中绝对位置用于获取列车所在的坐标，主要通过应答器或者信标配合车载电子地图实现。
相对位置指的是相对于绝对位置的位移，主要通过速度传感器、加速度计或者毫米波雷达获得。
当前使用的定位系统存在一些缺陷，主要体现在如下几个方面。
首先，绝对位置的获取是离散的，如果列车在区间丢失定位，必须低速（通常<25km/h）移动到安装应答器或者信标的地方，并且连续通过两个应答器或者信标，才能够获得位置和运行方向，重新建立起ATP模式，如果应答器或者信标距离较远，则恢复速度太慢。如果要加快恢复速度，则必须增加应答器或者信标的安装数量，从而造成成本增加（包括设备、施工、运维成本）。
其次，相对位置的获取，每种传感器都存在一些缺陷，例如，毫米波雷达低速不可用，不能独立判断零速。速度传感器存在车轮打滑问题。加速度计的信号难以调理等。使得车载测距测速系统不得不采用多传感器融合的方式实现，从而导致融合算法复杂，在个别情况下仍然存在测距测速不可用的问题。
如果5G可以支持高精度定位功能，或可以改变当前CBTC系统中定位系统的现状，基于一套系统，同时实现绝对位置与相对位置的获取。在区间任意位置都可以立即获得绝对位置，大大加快列车在区间丢失位置后的的恢复过程，能独立进行零速判断，不受天气和车轮打滑的影响，且定位精度满足要求。可极大的简化测距测速系统，节省大量的传感器、应答器、信标等设备，改善系统的运行性能和可维护性，因此具有广泛的应用前景。
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