地鐵5G無線網(wǎng)覆蓋方案探討

楊 勇

（山西誠晟通信工程有限公司董，山西 太原 030006）

隨著人們對移動數(shù)據(jù)流量的需求也與日俱增，地鐵場景已經(jīng)成為三大電信運(yùn)營商重要的口碑場景，用戶的無線業(yè)務(wù)體驗(yàn)會對網(wǎng)絡(luò)形象和企業(yè)品牌帶來影響。目前，地鐵網(wǎng)絡(luò)需求有2G、VOLTE語音業(yè)務(wù)需求、4G、5G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求、4G、5G物聯(lián)網(wǎng)需求。語音是基礎(chǔ)性業(yè)務(wù)，必須要從覆蓋、容量、質(zhì)量等方面全面保障；數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)及物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)屬于競爭性業(yè)務(wù)，是各運(yùn)營商體現(xiàn)品牌價(jià)值、爭奪高端客戶和打造差異化服優(yōu)勢的重要手段。

太原地鐵二號線是山西建設(shè)的第一條地鐵，本地鐵自2016年3月全面開工建設(shè)，計(jì)劃于2020年12月底開通，太原地鐵二號線一期工程全長23KM，建設(shè)23個車站。本文從太原地鐵二號線出發(fā)，在保障多運(yùn)營商、多系統(tǒng)覆蓋的前提下，研究和探討了新建地鐵、改造地鐵的覆蓋建設(shè)方案。

1 地鐵覆蓋區(qū)域及覆蓋特點(diǎn)和難點(diǎn)

1.1 地鐵覆蓋區(qū)域描述

民用通信在地鐵場景中覆蓋區(qū)域主要包括隧道洞的覆蓋及地鐵車站覆蓋，地鐵車站區(qū)域覆蓋又包括站臺、站廳、辦公區(qū)域、檢修區(qū)域等的覆蓋。

1.2 地鐵覆蓋特點(diǎn)及難點(diǎn)

（1）地鐵客流量大、尤其是上下班高峰期，對語音及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求量大，而晚上及非上下班高峰期業(yè)務(wù)量較低，呈現(xiàn)潮汐現(xiàn)象。

（2）地鐵空間較為封閉，而各運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)制式都較多，在地鐵內(nèi)干擾較為嚴(yán)重。站臺比較空曠，電波傳播基本為自由空間模式，損耗較小，會出現(xiàn)容量和干擾的矛盾。

（3）地鐵只有隧道出入口受到外部信號的干擾，需在出入口做好與地面室外網(wǎng)絡(luò)信號切換。

（4）由于地鐵場景為高級公共場所，運(yùn)營后只有在深夜有很短檢修時(shí)間，造成網(wǎng)絡(luò)需一次性覆蓋到位同時(shí)考慮適當(dāng)超前建設(shè)，且對設(shè)備可靠性、維護(hù)性要求較高。

2 隧道洞覆蓋

2.1 隧道洞5G覆蓋存在的挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)三大運(yùn)營商2G、3G、4G隧道網(wǎng)絡(luò)覆蓋采用POI+13/8低煙無鹵阻燃漏纜覆蓋，5G隧道洞覆蓋存在如下挑戰(zhàn)：

（1）13/8漏纜最大支持頻率為3GHz，只可以承載移動5G頻段，電信、聯(lián)通5G頻段為3.4-3.6GHz，13/8泄漏電纜無法滿足電信、聯(lián)通5G覆蓋需求。

（2）原隧道內(nèi)功分器、耦合器等無源器件對于電信、聯(lián)通5G頻段插入損耗大，無法滿足覆蓋需求。

（3）原有隧道洞4G覆蓋多為布放2條泄漏電纜，而對于地鐵這種人流量大場景，5G覆蓋存在4*4 MIMO的潛在需求，同時(shí)存在地鐵車窗較小，為了保證各制式間的隔離度，部署4條漏纜實(shí)現(xiàn)4*4 MIMO的難度也較大。

（4）5G頻率相對原2/3/4G網(wǎng)絡(luò)，頻率更高，穿透損耗更大，造成信源間距較2/3/4G更小。

2.2 現(xiàn)有支持地鐵隧道3.5G頻段的覆蓋方案

2.2.1 方案一：POI+5/4漏纜

由于傳統(tǒng)13/8漏泄電纜無法支持3.5GHz頻段5G覆蓋，而5/4泄漏電纜的槽孔進(jìn)行特殊處理后可支持3.5G頻段的覆蓋，其中覆蓋方案如圖1所示。

圖1 方案一示意圖

目前5/4泄漏電纜分全頻段漏纜和低損耗漏纜，其中全頻段漏攬可滿足800MHz～3.7GHz頻段信號的饋入，低損耗漏攬只滿足1.8GHz～3.7GHz頻段信號的饋入，兩種漏纜250m綜合損耗如表1所示。

表1 全頻段5/4漏攬與低損耗5/4漏攬損耗一覽表

2.2.2 方案二：RRU+窄波束4T4R天線

同時(shí)目前可利用RRU+窄波束4T4R天線方案對地鐵場景進(jìn)行覆蓋，覆蓋方案如圖2所示。

圖2 方案二示意圖

2.2.3 方案一、方案二優(yōu)缺點(diǎn)對比

表2 方案一、方案二優(yōu)缺點(diǎn)對比表

2.3 覆蓋方案建議

（1）新建地鐵。人流量大的地鐵建議采用POI+4條5/4漏纜，人流量較小地鐵區(qū)域，考慮節(jié)約投資，建議采用POI+2條5/4漏纜。

（2）原有地鐵。對于方便施工的地鐵隧道，重新新建2條低損耗5/4漏纜方案承載5G覆蓋網(wǎng)絡(luò)，原13/8漏纜承載原來2/3/4G網(wǎng)絡(luò)。對于施工存在困難的地鐵隧道，建議采用3.5G RRU+窄波束4T4R天線方案，RRU采用8T8R設(shè)備，同時(shí)建議進(jìn)行低頻網(wǎng)絡(luò)的5G深耕，保障5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

（3）漏纜及天線安裝位置。地鐵隧道一般較為狹窄，當(dāng)列車通過時(shí)四周剩余空間較小，泄露電纜與天線應(yīng)安裝于與車窗水平位置，以便盡量減小列車穿透損耗；泄露電纜與泄露電纜之間應(yīng)考慮系統(tǒng)間干擾，預(yù)留一定的間隔；天線應(yīng)考慮迎風(fēng)面積并牢固安裝，避免掉落影響列車運(yùn)行，造成安全事故。

圖3 漏纜及天線安裝示意圖

（4）泄露電纜斷點(diǎn)方案。根據(jù)各系統(tǒng)的發(fā)射功率、器件性能、覆蓋指標(biāo)要求，對照5/4漏纜的性能指標(biāo)，通過鏈路預(yù)算確定各接入系統(tǒng)設(shè)備的漏纜覆蓋距離，核算結(jié)果如表3所示。

表3 5/4漏纜鏈路預(yù)算表

根據(jù)表3中鏈路預(yù)算值，建議泄露電纜斷開長度為430m左右。

（5）窄波束4T4R天線安裝方案。由于天線的覆蓋特性，車廂內(nèi)接收信號隨著距離天線越遠(yuǎn)，下載速率越低，根據(jù)現(xiàn)場測試，僅在距離天線350m的范圍內(nèi)，下載和上行速率可以達(dá)到1條泄露電纜速率，如要達(dá)到2條泄露電纜速率，距離更近。

3 車站區(qū)域覆蓋

3.1 車站覆蓋區(qū)域及特點(diǎn)

地鐵車站區(qū)域覆蓋包括站臺、站廳、辦公區(qū)域、檢修區(qū)域的覆蓋，其中站臺、站廳區(qū)域人流量較大，辦公區(qū)域一般為辦公人員辦公及休息區(qū)域，而檢修區(qū)域業(yè)務(wù)需求主要為語音及物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求。

3.2 現(xiàn)有車站5G覆蓋方案

目前，地鐵車站2/3/4G覆蓋主要采用有源室分（數(shù)字化分布系統(tǒng)）和傳統(tǒng)室分（DAS系統(tǒng)）覆蓋，這兩種方式均不支持5G網(wǎng)絡(luò)的直接合路。

對于電信聯(lián)通5G的3.5G頻段來說，傳統(tǒng)室分由于饋線和器件的限制均不支持直接合路5G信號。對于移動5G的2.6G頻段來說，現(xiàn)有的傳統(tǒng)室分的器件是可以使用，但是如果要做到4T4R，就需要在現(xiàn)有饋線的基礎(chǔ)上再增加3條同路由的饋線，該方案投資較大。

5G有源室分具有架構(gòu)簡單、部署快速，大容量并支持小區(qū)合并、分裂，軟件靈活擴(kuò)容等的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可支持4T4R MIMO，滿足用戶對5G網(wǎng)絡(luò)速率的要求。所以5G采用有源室分覆蓋將成為不二的選擇。

3.3 地鐵車站覆蓋方案建議

（1）新建地鐵。對于新建地鐵，建議2/3/4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)一套有源室分系統(tǒng)，5G單獨(dú)建設(shè)一套有源室分系統(tǒng)；如只有4/5G網(wǎng)絡(luò)需求，可只建設(shè)一套有源室分系統(tǒng)，同時(shí)滿足4/5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，但需考慮4G與5G網(wǎng)絡(luò)功率分配應(yīng)合理。

（2）原有地鐵。對于原有地鐵車站覆蓋，建議原2/3/4G網(wǎng)絡(luò)采用原有覆蓋方式覆蓋，5G網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)新建一套有源室分系統(tǒng)。

（3）pRRU間距。可根據(jù)車站內(nèi)不同覆蓋區(qū)域的特點(diǎn)、容量需求、吊頂高度、墻體、柱子遮擋等原因合理選擇pRRU間距，其中站廳、站廳區(qū)域需考慮容量及干擾因素，適當(dāng)選擇低功率pRRU，辦公區(qū)域及檢修區(qū)域，可根據(jù)人流量及物聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)需求選擇pRRU間距。

4 隧道洞與車站網(wǎng)絡(luò)切換方案

（1）為了避免在列車未進(jìn)站時(shí)泄露電纜與PRRU信號的干擾，在車站區(qū)域不建設(shè)泄露電纜。

（2）由于設(shè)備技術(shù)原因，RRU設(shè)備與pRRu設(shè)備無法劃分同小區(qū)，列車從隧道洞進(jìn)入車站區(qū)域時(shí)，信號只能采用硬切換方式，建議切換控制在1s以上，在建設(shè)時(shí)，泄露電纜從隧道洞向車站延申覆蓋25m-30m（需根據(jù)地鐵進(jìn)站速度調(diào)整），并在切換區(qū)域建設(shè)pRRU，保障能夠順利切換。

（3）為了減少切換時(shí)延，RRU與pRRU如有條件可上聯(lián)于同一個BBU，或?qū)RU與pRRU上聯(lián)的BBU通過后臺做合并。

5 地鐵建設(shè)其他注意事項(xiàng)

（1）由于運(yùn)營后隧道及車站內(nèi)新敷設(shè)光纜困難較大，前期建設(shè)時(shí)一定要預(yù)留足夠纖芯。

（2）地鐵黃金施工時(shí)間為地鐵主體裝修快完工時(shí)、試運(yùn)營前進(jìn)行，故施工窗口期較為緊張，且存在與其他工作交叉施工現(xiàn)象，故建設(shè)時(shí)四運(yùn)營商應(yīng)統(tǒng)一、快速行動，并做到與地鐵建設(shè)同步規(guī)劃、同步設(shè)計(jì)、同步實(shí)施、同步開通。

6 結(jié)束語

地鐵覆蓋場景在前期不同時(shí)期、不同網(wǎng)絡(luò)制式下，選擇的覆蓋方案也不盡相同，隨著5G網(wǎng)絡(luò)的到來以及新的覆蓋方案的出現(xiàn)，也使得可選擇的覆蓋方案越來越多；本文結(jié)合現(xiàn)有的覆蓋方式以及各種場景的特點(diǎn)，提出了不同場景的覆蓋建議，但隨著技術(shù)的不斷更新，可能會出現(xiàn)新的更適合地鐵場景的建設(shè)方案，這就要求我們每個通信人不斷學(xué)習(xí)、不斷對比選擇最優(yōu)的覆蓋方案。