6G智能轨道交通白皮书

移动通信系统具有“使用一代、建设一代、研发一代”的发展特点，预计到年将实现第六代移动通信系统（Sixth-Generation,6G）的商用。世界各国已经开始了6G研究，例如芬兰率先启动6Genesis旗舰研究计划，美国联邦通讯委员会为6G研究开放太赫兹频谱。年11月，我国科技部成立了6G技术研发推进工作组和总体专家组，以“创新、协调、绿色、开放、共享”为内涵的新发展理念，成为推动移动通信网络可持续发展的思路、方向和着力点，标志着我国6G研究正式开始。

交通是兴国之要、强国之基。年9月，我国颁布的《交通强国建设纲要》明确指出，到年，基本建成交通强国，到本世纪中叶，全面建成人民满意、保障有力、世界前列的交通强国。为了符合未来智能交通通信的愿景，铁路运输行业需要开发创新的通信网络架构和关键技术[1]，以确保为乘客及铁路运营和控制系统提供高质量的传输。

6G通信系统是一个地面无线与卫星通信集成的全连接世界，可实现全球无缝覆盖，其不再是简单的网络容量和传输速率的突破，更是为了实现万物互联的“终极目标”。6G的数据传输速率可能达到第五代移动通信系统（Fifth-Generation,5G）的50倍，时延缩短到5G的十分之一，在峰值速率、时延、流量密度、连接密度、移动性、频谱效率、定位能力等方面远优于5G。在超高速交通场景下，一些终端移动速度将超过km/h，需满足超高速下的超高安全性和超高精度定位需求。而5G定义的ITU指标仅支持km/h的移动速度，对安全和定位精度没有定义。因此，对于未来智能交通应用场景带来的指标需求，仅依靠5G现有的网络和技术是难以满足的，需要未来的6G网络提供比5G更全面的性能指标，如超低时延抖动、超高安全、立体覆盖、超高定位精度等。

6G的发展将为多元化的服务质量（Quality-of-Service,QoS）需求、实时触觉交互、定制开放服务、通信融合、广播、计算、传感、控制、安全和人工智能等奠定基础。6G网络架构方面还需要进行创新，如空天地海一体化网络、全频谱全维度覆盖、智能自感知、机器学习、优化与演进等。另一方面，未来智能交通网络的潜在应用包括自动列车驾驶、协同列车网络、列车互联、超高清（4K/8K）列车视频、列车自组织网络和超精确(厘米级)列车定位。

在6G智能交通领域，国内外高校和研发机构相继提出了多种技术方案[2]，但这些方案都处于概念阶段，能否成功实现还需更深入的研究与验证。欧洲铁路研究咨询委员会（ERRAC）制订了《RailRoute》计划，提出基于6G的高资源效率、智能化年轨道交通系统发展蓝图。欧盟Hexa-X6G项目面向高速移动场景和需求，定义了全新的6G智能网络架构，开发和实现6G各项关键使能技术。芬兰6Genesis研究计划将自动驾驶作为主要应用场景之一，设计了支持99.%可靠性、1ms时延、和km/h超高速移动性的6G网络和技术。

为了满足6G智能交通应用的要求，需要全新的移动通信网络和技术突破，包括但不仅局限于：

（1）去蜂窝大规模MIMO（Multiple-InputMultiple-Output）网络架构：为了解决超高移动性导致的传统蜂窝网络中频繁的切换和巨大的开销问题，去蜂窝大规模MIMO可保证无缝切换和高质量的覆盖。

（2）通信-感知一体化技术：针对铁路建设、装备、运营的各个环节和场景，复用无线通信网络与基础设施的硬件设备、信号处理算法、通信协议等，将接入终端、基站甚至轨道交通无线通信网络作为智能感知、透彻感知的载体[3]，从而支撑轨道交通建设环境的监测检测、运营环境的监测检测以及智能高效绿色的无线通信。

（3）人工智能与安全技术：人工智能技术具有自学习、优化和演进的特点，在6G智能交通网中的应用前景广阔。轨道交通的高效运行与高质量应用服务体验，需要基于人工智能对海量数据及信道信息进行分析处理。同时，为了保障关键信息、应用服务、以及运营的安全性，又需要融合一系列安全相关的技术，尤其是内生安全技术，在轨道交通网络中实现可靠、安全的智能分析与计算。

（4）新的超可靠超低时延（Ultra-ReliableLowLatencyCommunications,URLLC）技术：为保证自动列车的行驶速度达到公里/小时以上(如新兴的超级高铁系统)，进一步研究有限块码长下的新型URLLC帧结构来实现超可靠性和超低延迟之间的权衡也是至关重要的[4]。

（5）数字孪生网络：对轨道交通网络进行实时的映射分析，包括对列车运行状态进行感知处理，对列车司机（如紧张、醉酒、困倦、兴奋等）的行为进行监控、预测和决策等，对高铁的安全运营具有重要意义。基于6G的数字孪生网络可以从根本上改变列车及司机的历史和当前行为、状态的数字特征，从而进行反馈控制并优化其性能。

通过应用6G新网络和新技术，未来智能交通的网络、广播、通信、互动和安全将得到极大改善，从而大幅提升人们的出行体验和效率。

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