2025版6G智能軌道交通白皮書

6G前 6G軌道交通覆蓋技術(shù)概 6G軌道交通無線信 6G軌道交通覆蓋技 去蜂窩大規(guī)模MIMO技 RIS在高速移動場景中的應(yīng) 6G軌道交通傳輸關(guān)鍵技 面向未來高鐵的智能快速隨機(jī)接 面向高鐵6G演進(jìn)的多址接入技 OTFS在智能高鐵中的應(yīng) 太赫茲通信在高速移動場景中的應(yīng) 構(gòu)建智能安全的6G軌道交 面向6G軌道交通的邊緣智能技 面向6G軌道交通的邊緣智能網(wǎng)絡(luò)架 邊緣智能技 軌道智能交通系統(tǒng)6G網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生安 軌道交通6G網(wǎng)絡(luò)面臨的安全威脅與挑 軌道交通6G網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生安全架 軌道交通6G網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生安全關(guān)鍵技 軌道交通數(shù)字孿生網(wǎng) 軌道交通物聯(lián)網(wǎng)技 高鐵物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測及傳輸技 AI助力的鐵路物聯(lián)監(jiān)測技 時域功率分配增強(qiáng)的鐵路傳輸技 無線射頻供電驅(qū)動的高鐵物聯(lián)網(wǎng)技 無人機(jī)輔助的的高鐵物聯(lián)網(wǎng)傳輸計算技 綠色物聯(lián)網(wǎng)反向散射技術(shù)在6G軌道交通中的應(yīng) 面向智能高鐵的基于6G的海量機(jī)器類通 通信感知一體 6G研究開放太赫茲頻譜。2019116G技術(shù)研6G研究正式開始。交通是興國之要、強(qiáng)國之基。20199月，我國頒布的《交通強(qiáng)國建設(shè)綱2035年，基本建成交通強(qiáng)國，到本世紀(jì)中葉，全面建成人民6G通信系統(tǒng)是一個地面無線與衛(wèi)星通信集成的全連接世界，可實現(xiàn)全球無“終極目標(biāo)”。6G的數(shù)據(jù)傳輸速率可能達(dá)到第五代移動通信系統(tǒng)5G。在1000km/h，需滿足超高速下的超5GITU500km/h5G6G網(wǎng)絡(luò)提供6G的發(fā)展將為多元化的服務(wù)質(zhì)量（Quality-of-Service,QoS）需求、實時觸等奠定基礎(chǔ)。6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面還需要進(jìn)行創(chuàng)新，如空天地海一體化網(wǎng)絡(luò)、全頻6G智能交通領(lǐng)域，國內(nèi)外高校和研發(fā)機(jī)構(gòu)相繼提出了多種技術(shù)方案[2]，研究咨詢委員會（ERRAC）制訂了《RailRoute20506G的高6G6G各項關(guān)鍵6Genesis研究計劃將自動駕駛作為主要應(yīng)用場景之一，設(shè)計了99.99999%可靠性、1ms1000km/h6G網(wǎng)絡(luò)和技MIMO（Multiple-InputMultiple-Output）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：為了解MIMO可保證無縫切換和高質(zhì)量的覆蓋。6G（Ultra-ReliableLowLatencyCommunications,URLLC）1000公里/小時以上(如新興的超級高鐵URLLC幀結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)超可靠性和超低6G的數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)可以6G的鐵路通信服務(wù)需求持續(xù)增長。6G技術(shù)向全場景、全頻段、全覆蓋維度的拓展[5]，6G軌道交通通信場景呈現(xiàn)更加多元化和復(fù)雜化的趨勢，除了傳統(tǒng)低頻段車-地通信，6G軌道交通還將包16G軌道交通信道測量和建模的研究提出了新的挑戰(zhàn)。當(dāng)前，6G軌道交通無線信道16G6G軌道交通無人駕駛、自動駕駛、全自動無人機(jī)（UnmannedAerialVehicle，UAV）6G通信中得<6GHz6G軌道交通空-地信道特6G軌道交通場景下空地協(xié)可重構(gòu)智能面（ReconfigurableIntelligentSurfaceRIS）6G軌6GRIS部署在RISRISRISRISRIS振源電磁輻射及傳RIS隨機(jī)性信道建RIS技術(shù)的應(yīng)用。6G軌道交通無線信道的研究中，人工智能技術(shù)在信道特征提取、信道學(xué)習(xí)6G、大數(shù)絡(luò)的覆蓋質(zhì)量是軌道交通通信系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)性指標(biāo)。6G軌道交通場景和業(yè)務(wù)226G與傳統(tǒng)陸地通信相比，UAV通信具有諸多新特點，如較高的視距概率、更6G軌道交通覆蓋性能的關(guān)鍵。此外，UAV的能量受限性也是影響無線覆軌道交通高能效綠色覆蓋的需求[7]。UAV復(fù)雜三維運動姿態(tài)是影響無線覆蓋性6GUAV輔覆蓋機(jī)制，從而提高地面大規(guī)模接入節(jié)點的覆蓋深度。UAV也可用于軌道交通6GMIMO與波束成6G軌道RIS束，提升覆蓋質(zhì)量。RIS是包括大量無源反射元件的平面，每個無源反射元件能6GRIS引入到軌道交通通信系統(tǒng)中，基站（BaseStation，BS）側(cè)RIS抵抗通信路徑的遮擋，擴(kuò)大覆蓋范圍，RIS幅度和相移的可編程屬性也可用于解RISRIS的部署可以車廂內(nèi)壁等。RISUAVRIS6G軌道交通復(fù)雜6G無線覆蓋。去蜂窩大規(guī)模MIMOMIMO技術(shù)能夠充分利用空間自由度及宏分集增益，從而MIMO系統(tǒng)包含多個分布式接入點（AccessPoint,AP）AP通過前傳鏈路連接到中央處理單元（CentralProcessingUnitCPU），MIMO技術(shù)能夠增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，提供關(guān)注。高架橋和隧道是高鐵無線傳播環(huán)境中的兩種典型場景，比如京滬高鐵K因子的萊斯（Rician）衰落信道能夠有效描述高鐵通信中無線信道的LoSNLoS此外，正交頻分復(fù)用（thogonlquenyivisionMultiplxing，DM）（ong-mvolutionorRily，-R）以MMO網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，原因是分布式天線系MMOMMO架構(gòu)的新框架可以MMFM已經(jīng)有了相關(guān)研究，但目前都是基于靜止的場景，而忽視了子載波間干擾MMOFM系統(tǒng)在高鐵通信中的應(yīng)用部署依然是個亟待解決的問題。3MIMO-OFDMCooperationClustering）MIMO-MIMO-OFDM高鐵通信系統(tǒng)中不同的車載天線產(chǎn)生的多普MinRIS是包括大量無源反射元件的平面，每個無源反射元件能夠獨立地對入射RIS決信道衰落損害和干擾問題的新方法。RIS在實施方面也具有優(yōu)勢。首先，它的反射元件僅能被動地反射或透射信號，而無需任何發(fā)射射頻（RadioFrequency，RF）鏈，因此需要具有低數(shù)量級的硬件或能源成本；并且，RIS以全雙工模式運RIS通常具有輕便和保形的特高速移動列車（HighSpeedTrail，HST）通信具有特殊的場景特性。首先，RISHST通信系統(tǒng)中進(jìn)BSRISRISHST通信系統(tǒng)中可以考慮4RISBS之間時，可以用具有成本效益的RISBSBS而引起的硬件成本。BSRISLoS路徑。第二種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是，RIS部署在列車的窗戶上。此處，RIS是透明表面，可以控制透射參數(shù)以提供更好的通信服務(wù)。由于RIS到UE的距離越小，RIS與UE之間的路徑損耗就越小。與室內(nèi)情況類似，RIS也可以放置在列車的墻上。BSRISRIS配置反射系數(shù)并將信號反射到接4RISRISHST通信系統(tǒng)，下面將分別介紹信CSI估計對于性能的提升非常重要。RISHST通信系統(tǒng)的信道CSICSI誤差模型中，目標(biāo)SINRQoSCSI誤差模型中，則是保證中斷可以利用某些運動預(yù)測濾波器（例如卡爾曼濾波器）BS-列車信道5自編碼器（AutoEncoder）、長短期記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（LongShort-TermMemory，6所示，在高鐵6MachineTypeCommunication,mMTC）mMTC中，一個基圖 TSMA用戶發(fā)射機(jī)示意TSMA7[9]，用戶終端發(fā)送的原始比特流先經(jīng)信道編碼，然而后進(jìn)行發(fā)送。與傳統(tǒng)的發(fā)射機(jī)相比較，TSMA引入了段編碼及串聯(lián)擴(kuò)頻。其中8TSMATSMA8[9]，接收機(jī)在收到來自激活用戶的疊加信號后，首TSMATSMA（OrthogonalTimeFrequencySpace,OTFS）OTFS-TSMA多址方案。OTFS-TSMA方案的核心思想在于資源映射方案的設(shè)計，同時需要考慮時延多普勒（DelayDoppler，DD）域的信9OTFS中，DDDopplerDelay資源元素的二維循環(huán)移位轉(zhuǎn)DD域資源塊二維循環(huán)移位轉(zhuǎn)化為多普勒資源塊、數(shù)據(jù)段、符號和碼片的循環(huán)移TSMA碼碼片移位的特征，分別補(bǔ)償各數(shù)據(jù)段中由循環(huán)移位帶來的相位偏移。此外，OTFS-TSMA9OFDM在OFDM采用時頻域復(fù)用符號，OTFS采用延時-多普勒域進(jìn)行復(fù)用。發(fā)送符號經(jīng)逆辛有限傅里葉變換（InverseSymplecticFiniteFourierTransform,雙彌散效應(yīng)。OTFS可以保證智能高鐵在高度移動場景下通信的可靠性。與此同OTFS領(lǐng)域的最受關(guān)注的研究方向之一。10OTFS6G又快又好的發(fā)展。0.03mm~3mm0.1THz~10THz。太赫茲頻段具有極大的未被分配使用的帶寬，能夠支持100Gbps以上的數(shù)據(jù)傳輸速率，并且具有更好的11121311121311所示，采用分布式基站架構(gòu)。每個（RemoteRadioHead,RRH）BBU安置于機(jī)房內(nèi)，通過光纖與所屬RRHRRHMRRRH采用太赫茲頻段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；其次，太赫茲1213所示，車廂間通過太赫茲鏈路進(jìn)行高速CSI信息預(yù)測得到。6G時代將全面“提速”，邊緣計算技術(shù)的引入6G時代的發(fā)展提出了新的憧憬。軌道交146G軌道交通的邊緣智能網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。圖中從保證軌道交通業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量和資源合理分配的角度出發(fā)，6G時代的軌道軌道交通6G網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)為實現(xiàn)內(nèi)生智能，為了滿足多種接入場景信道的動6G軌道交通場景智能化的快速部署和實現(xiàn)。146G6G（MobileEdgeComputing，MEC）是基于移動通信網(wǎng)絡(luò)的一種分布式計算方式，著人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)功能被大量部署到MEC上，進(jìn)一步形成了邊緣智能。對MEC可以為乘客提供更好的網(wǎng)絡(luò)戶并發(fā)業(yè)務(wù)對車載基站無線資源和MEC計算存貯資源的激烈競爭。特別地，當(dāng)MEC進(jìn)行計算卸載，并發(fā)的無線傳輸會形成嚴(yán)重的互相MECMECMEC基于列車運行中的實時信道預(yù)測，并結(jié)合列控傳感MEC將基于軟件定義切片平臺與邊緣計算（EdgeComputing，EC），充分利用人工智6G網(wǎng)絡(luò)的無縫安全通信保障[11,12]。構(gòu)建安全可信的智能軌道交6G網(wǎng)絡(luò)（6G網(wǎng)絡(luò)）迫切需要在建網(wǎng)規(guī)劃的同時充分考慮6G網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)生安全。6G網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NetworkFunctionVirtualization，NFV）使基礎(chǔ)設(shè)施云體表現(xiàn)為虛擬化環(huán)境內(nèi)部通信安全（惡意代碼或病毒、DoS攻擊、DDoS攻擊、全（偽造/篡改軟件包）等[14];計算、存儲及網(wǎng)絡(luò)資源共享化，導(dǎo)致引入虛擬機(jī)3C技術(shù)，即計算、通信和控制的有機(jī)融合與深度協(xié)作，實現(xiàn)車-地、車-車的實6G應(yīng)用將采身份偽造、可信終端接入受阻、接入終端干擾降級、被追蹤的安全挑戰(zhàn)，6G網(wǎng)6G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施融156G的智能軌道交通通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生安全架構(gòu)。6G4個方面的需求，即：智能共識、智能6G網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢，敏捷處置安全風(fēng)險。156G體系結(jié)構(gòu)智能適配。6G自身所蘊含的邊緣節(jié)點分布式和去中心化等特征，使得16所示。16片管理、D2D（DevicetoDevice）通信、資源共享和頻譜管理等。D2D通信允許在設(shè)備間直接進(jìn)行通信與數(shù)據(jù)共享。而現(xiàn)D2D通信模式由于缺乏信任管理機(jī)制，阻礙了終端設(shè)備的有效參與。通過D2D通信的安全性以及6G17間信息是否異常的時間176G6G6G網(wǎng)絡(luò)安全性。同時，AI技術(shù)可以更加供實用化的安全分析與告警，抵御各類高級持續(xù)性威脅（AdvancedPersistent磁懸浮列車等承載的終端的移動速度將超過1000km/h6GMEC節(jié)點耦合，將車載終端上傳的本地訓(xùn)練模型數(shù)據(jù)記錄在區(qū)塊中，通過智能6G網(wǎng)絡(luò)將構(gòu)建不依賴補(bǔ)丁式安全增強(qiáng)方案的可信安5G、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的發(fā)展，軌道交通正在進(jìn)入數(shù)字化、智能化、6G研究的推進(jìn)，如何在軌道交通網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)泛在的智能連接，是智能軌道18196G6G可以更好的支撐軌道交通數(shù)字孿生應(yīng)用構(gòu)建。在軌道交通的設(shè)備物聯(lián)方6G202120NormalpositionToReverseStaticTrain21機(jī)器學(xué)習(xí)輔助的鐵路高精度轉(zhuǎn)轍機(jī)實驗結(jié)果（0.1mm以內(nèi)GPS20%15%。225G23變，使得人工網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電池管理的成本和危險非常高。采用射頻（RF）能量采4傳感器可從附近基站或一些專用射頻發(fā)射點發(fā)送的無線電磁波信號中采集能量，25度下，移動列車和地面物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備鏈路上的可實現(xiàn)信息能量（-E）區(qū)域?？梢?E242526276G6G1）低功耗低成本的貨物及人員有效跟蹤和識別；2）286G軌道交通系統(tǒng)中貨物跟蹤和人員有效定位可以保障火車站及車輛的正常穩(wěn)6G6G12306的PP28292930所示。智能高鐵將利用海量機(jī)器類通信6G需要更加高效可靠的接入方案來保障高可靠低時延的海量機(jī)器類設(shè)