城市軌道交通中商用無線移動通信的引入

關 強

(北京城建設計發展集團股份有限公司 北京 100045)

城市軌道交通中商用無線移動通信的引入

關 強

(北京城建設計發展集團股份有限公司 北京 100045)

為了解決地鐵中移動電話通信時經常遇到的問題，對目前國內各城市多條地鐵線路商用無線移動通信系統在工程設計和實施過程中遇到的問題、技術難點進行分析，從明確商用無線移動通信引入的業務需求、設計范圍及內容、設計過程中應重點關注的內容等方面進行分析、研究。

城市軌道交通;移動通信系統;覆蓋;隔離度

隨著時代的進步、通信技術的發展和人們生活節奏的加快，隨時隨地通信已經成為人們在日常生活、工作、學習等一系列社會活動中必不可少的需求。進入21世紀后，移動通信以迅猛的發展速度逐步在人們各式各樣的通信手段中占據了絕對重要的地位，大家希望在社會的每一個角落都能使用移動通信與外界互通。

與此同時，城市交通的飛速發展也成為人類文明不斷進步的標志之一。隨著城市人口數量的快速增長，如何快捷、便利、優質地解決人們的出行問題，已成為政府職能部門迫在眉睫需要解決的重要問題之一，更是創建和諧社會的必要保證。

1 商用無線通信引入地鐵

乘坐過城市軌道交通(以下簡稱“地鐵”)的人可能都有過這樣的感受：無論你是中國移動的用戶，還是中國聯通的用戶，或是中國電信的用戶，在使用移動電話通信的時候，經常會遇到電話接不進或打不出去、通話時斷時續、進入隧道無法通信等一系列影響通話質量的問題。因此，將商用無線移動通信引入地鐵勢在必行。地鐵是一個相對比較封閉、狹長的空間，在這樣的環境下將商用無線移動通信引入，對于設計而言應注意一些問題。

1.1 移動通信引入地鐵的業務需求

商用無線移動通信引入地鐵系統，實際上是地面商用無線移動通信系統的延伸，是為了滿足乘客在乘坐地鐵時能享受與地面一樣的移動通信服務。

目前，中國的公眾商用無線移動通信運營商及網絡主要包括：中國移動的GSM 900 MHz，TD－SCDMA;中國聯通的GSM 900 MHz，WCDMA;中國電信的CDMA 800 MHz，CDMA2000。商用無線引入地鐵就是要將這些不同運營商、不同制式、不同頻段的信源引入地鐵內，包括地下站廳、站臺、商業區、換乘通道、運營隧道等，并完成全線相應區域的信號覆蓋。根據建設方的不同要求，有些商用無線移動通信引入地鐵的項目還包括調頻廣播和無線局域網等，這能最大限度地滿足人們出行對獲取信息的需求。

1.2 移動通信引入地鐵的設計范圍及內容

將移動通信引入地鐵工程，其主要設計內容就是將地面的信源引至地下空間，并根據相關標準、技術規范以及業務需求，完成地下空間的無線信號的覆蓋、傳輸鏈路的配置及相關配套工程的建設。

1.2.1 無線信號的覆蓋范圍

無線信號的覆蓋范圍包括需要覆蓋的地鐵線路總長度，每段運營隧道區間的長度，有無超長隧道區間，沿線地下車站的站臺、站廳、商業區以及其他公共區域的分布，是否需要覆蓋非運營線路、庫線、支線等。

1.2.2 信號源的引入方式

目前通常的做法是將各個信號源通過分合路平臺(POI)進行匯集，然后通過漏纜及天饋系統覆蓋相應的區域。信源(基站)本身的建設包括載頻數的確定、頻率規劃等，均由各運營商負責，地面信源的引入點及數量需根據工程的具體情況由雙方協商確定。移動運營商的基站設置在各個地鐵車站的商用通信設備室內，而每個移動運營商基站的基帶信號可由某站一點引入，也可從幾個車站分散引入。考慮到信源引入的可靠性，一般建議每個運營商按多點集中引入。

1.2.3 傳輸鏈路的配置

傳輸鏈路的配置一般采用單建傳輸系統來解決。在傳輸鏈路需求不是很大的情況下，也可以利用地鐵專用通信的傳輸系統所提供的中繼鏈路。

1.2.4 無線信號的覆蓋方式

在一般情況下，對于車站的站廳、換乘廳、出入口旅客通道、辦公區等公共區域，無線信號多采用室內天饋線方式完成相應區域的覆蓋;對于隧道區間，多采用在隧道側壁敷設泄漏同軸電纜的方式覆蓋;對于換乘通道、站臺，既可以采用室內天饋線方式覆蓋，也可以采用泄漏同軸電纜方式覆蓋，亦可兩種方式同時采用。

2 設計工作中的方案細化

在明確了設計的范圍和內容以后，接下來就要遵循經濟性、安全性、成熟性、合理有效性、兼容性、可維護性、可擴展性和美觀性等原則，完成系統設計方案并進行細化。

2.1 車站站廳層、商業區的輻射方案

目前，由于各個運營商的網絡制式、頻率及業務種類均不相同，因此宜采用寬頻帶的組網方式。例如，為了減少天饋線及泄漏同軸電纜的數量，采用寬頻帶天線和寬頻帶泄漏同軸電纜，多系統共用;采用上下行鏈路分置方式，提供充分可靠的隔離度，以滿足不同運營商的信號合路與分路;利用分合路平臺(POI)，實現多業務復用，將信號源的信號均勻分布在地鐵需要覆蓋的區域。同時，必須考慮國家對于電磁波衛生環境的要求，在天線選擇方面應選擇功率適當的天線。除此之外，還應盡量采用全無源系統，可以減少系統噪聲，提高系統質量。

車站站廳及商業區的信號分布可采用泄漏電纜和天線兩種方式。采用泄漏同軸電纜方式，在保證通信的傳輸質量和信號覆蓋穩定的基礎上，可較為容易地控制信號的分布，避免與地面信號產生干擾，但存在造價較高、施工難度大的缺點。采用天線覆蓋，只要設計合理也能達到同樣的效果。除沒有上述缺點外，在站廳層等處采用金屬天花板裝修時，安裝效果要美觀得多。通過對天線的合理布置，也可以有效地控制信號覆蓋區域。所以，一般建議采用天線完成對地鐵站廳層及物業區的覆蓋。例如，圓形全向吸頂天線一般采用吸頂的安裝方式，而板狀定向天線一般采用側墻壁掛的安裝方式。當天線設置采用收發分開的方式時，收發天線的間隔約為50 cm，不宜過大或過小。而對于饋(射頻)纜，在有吊頂的地方應盡量安裝在吊頂內部，在沒有吊頂的地方貼頂安裝或側墻安裝，并且所有的饋(射頻)纜均應采取防護措施。

2.2 隧道區間、站臺層的輻射方案

區間泄漏同軸電纜射頻信號的輻射可采用兩種方式：一是上下行信號同纜傳輸輻射，二是上下行信號分纜傳輸輻射。同纜方式與分纜方式比較，可節省1/2的泄漏電纜，但存在嚴重的干擾問題。目前，中國移動和聯通兩個GSM系統工作頻段的上行頻點高端與下行頻點低端的間隔很小，當采用同纜方式時上下行之間的干擾難以徹底隔離，在功率較大的情況下各系統還會產生嚴重的互調干擾。

國內外地鐵的使用情況表明，只有采用分纜方式才能克服在同纜方式中存在的嚴重干擾。因此，為保證對用戶提供優質的服務，一般建議采用泄漏同軸電纜上下行分纜的輻射方式。泄漏同軸電纜應安裝在隧道內的弱電墻側，采用卡具、吊筋等方式固定于側墻上。當漏纜設置采用上下行分纜的輻射方式時，應保證上下行漏纜的間隔約為30 cm，以滿足隔離度要求。漏纜的高度應與列車的車窗處平行，開口方向應基本垂直于列車車窗。

2.3 隧道出入地面時射頻覆蓋的切換方案

為滿足地鐵列車從地面進出隧道時手機的切換要求，一種是將隧道外的射頻信號接收下來后直接引入到隧道泄漏同軸電纜中，另一種可考慮將隧道內泄漏同軸電纜沿軌道延伸出地面一定距離，滿足場強平滑過渡的要求，避免掉話。

3 設計工作中的其他問題

3.1 鏈路預算

3.1.1 區間隧道泄漏同軸電纜的設置

隨著移動通信用戶數量和移動數據傳輸量的高速增長，移動通信系統正朝著使用更高頻段的方向發展，因此應采用包括GSM 900 MHz、CDMA和3G系統頻段的優質寬帶泄漏同軸電纜，以此作為商用無線移動通信系統的無線傳輸通道。

根據各系統技術指標的理論計算，結合目前各廠家提供的泄漏同軸電纜技術性能指標以及各地地鐵移動通信覆蓋工程的實際測試，提出如下建議：在站間距離大于1.2 km的區段，對900 MHz GSM和800 MHz CDMA系統應該考慮增加直放站;在站間距離大于0.6 km的區段，3G移動通信系統應該考慮增加射頻拉遠單元(RRU)。

3.1.2 車站站廳及地下商業區的天線覆蓋

在地鐵車站站廳及商業區，信號傳播損耗非常接近自由空間的情況，可按以下公式進行計算，有

式中：Ls為信號傳播損耗，dB;d為傳輸距離，m;f為電波頻率，MHz。

根據各引入系統射頻信號輸出及場強覆蓋的要求，結合系統構成及接收機的靈敏度，考慮電波傳播在建筑結構上的衰減及系統余量，并根據以往的實際測試結果，在3G對應的2 GHz頻段，傳輸距離在30 m左右。結合地鐵站廳的面積，商用無線移動電話系統的天線按上行和下行分設若干副800～2 200 MHz的全向天線，可以滿足系統的傳輸要求。同時，上行和下行天線之間應相隔一定的距離，以保證上下行回路之間的隔離度。

3.2 電磁兼容

電磁兼容在射頻系統設計中是一個非常重要的問題，對多系統兼容的地鐵移動通信覆蓋則更是一個難題。地鐵移動通信射頻分配系統的干擾主要來自以下方面：一是由于系統本身所使用設備、材料和元器件的非線性，二是由于同一區域不同運營商系統間頻段間隔不夠，三是由于運營商系統信道配置不合理等因素。

針對以上幾個方面的難點，采取如下對策：首先，在設備、材料和元器件的選型上，選用功率容量大、線性良好的產品;其次，在分合路平臺(POI)上，對相鄰系統的隔離度提出嚴格而合理的要求，并仔細平衡上下行之間的隔離度;再次，請移動運營商合理配置信道。

另外，與地鐵專用數字集群通信等系統之間也應保證有50 dB以上的隔離度，以避免系統間的干擾。

在地鐵車站出入口施工時也要進行定點測試，天線安裝位置既要保證切換平滑，將切換區控制在一定的范圍內，又要有效地控制站內天線系統信號的外溢，避免對站外的干擾。

3.3 設備限界

由于地鐵的環境比較特殊，其空間非常有限，而運營安全始終被放在首位，因此在與地鐵有關的設計中，限界問題尤為重要。比如，在長大隧道區間內，需要增設區間光纖直放站遠端機和射頻拉遠單元(RRU)來滿足隧道內部的信號覆蓋，那么在安裝時必須遵循《地鐵設計規范》中有關限界的規定，將這些設備盡量安裝于側墻凹陷處。再如，為保證行人通行以及信號的質量，無論是吸頂式天線還是壁掛式天線，其安裝位置不宜過低。

3.4 配套系統

為了保證系統網絡可靠、穩定地運行，還應根據業務需求進行相關配套系統的設計，主要包括：設置不間斷電源UPS系統，并根據需求配置蓄電池;對部分設備進行備份;對部分系統，特別是傳輸系統，要考慮傳輸鏈路成環等。

商用無線移動通信的引入不是一個孤立的系統工程，還需要與其他專業相互協調與配合，其中包括傳輸專業、供電專業、建筑和結構專業、管線綜合專業、裝修專業、暖通專業等。因此，在引入設計時，需要同這些相關的專業劃清分工界面(即接口)，避免在設計過程中發生因接口劃分不清而導致同一事情要么沒人做、要么重復做的問題。

4 結語

移動通信技術正以驚人的速度迅猛發展，特別是商用移動通信。目前，國內3G技術剛剛普及，4G技術正在發展之中。未來地鐵內部的商用移動業務將越來越豐富，從而會造成頻率環境越來越復雜，系統設備越來越繁多，導致設計難度大大增加。只有在工程設計中對經驗、教訓不斷總結，才能為后續工程的順利實施奠定堅實的基礎。

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［5］郭梯云，鄔國揚，李建東.移動通信［M］.西安：西安電子科技大學出版社，2004：137－148.

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［8］MEI摩托羅拉工程學院.CDMA網絡綜述［M］.北京，2003：365－375.

Adoption of Commercial Wireless Mobile Communication System in Urban Rail Transit

Guan Qiang
(Beijing Urban Construction Design ＆ Development Group Co.，Ltd.，Beijing 100045)

To solve the problems encountered in wireless mobile communication in metro lines，the problems and technical difficulties in the implementation of commercial wireless mobile communication system of several subway lines were analyzed.The paper studied and analyzed business requirement of commercial wireless mobile communication system，its design scope and contents and the focus of the design contents.

urban rail transit;mobile communication system;coverage;insulation

U231.7

A

1672－6073(2014)02－0094－03

10.3969/j.issn.1672 －6073.2014.02.023

2013－03－05

2013－08－05

關強，男，工程師，從事城市軌道交通通信系統的設計和研究，guanq2046@126.com

(

郭 潔)