基于地鐵隧道5G 改造的探討

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司南京分院 江蘇 210000）

截至目前，全國四十多個城市擁有地鐵，許多城市的地鐵正在緊鑼密鼓的建設(shè)當(dāng)中，如北京、上海、深圳等大城市建設(shè)時間早，已經(jīng)擁有十?dāng)?shù)條地鐵線。而存量線路往往是整個城市的核心線路，也是客流量最大、數(shù)據(jù)流量業(yè)務(wù)最高的線路，4G 網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)難以滿足用戶需求，對存量線路進(jìn)行5G 改造迫在眉睫。其中站廳站臺通常采用新型室分來部署5G，施工難度較小、改造速度快，但隧道場景特殊，受限于實施條件、安全要求、窗口期等因素，是5G 改造的難點。

今年南京一馬當(dāng)先，在1 號線率先完成了全國首條地鐵隧道內(nèi)5G 改造試驗，保證原分布系統(tǒng)正常運行的前提下，新增四纜，實現(xiàn)了三家運營商5G 室分4T4R 覆蓋。本文結(jié)合南京地鐵實施經(jīng)驗，針對地鐵隧道內(nèi)5G 改造展開討論。

1 設(shè)計方案關(guān)鍵點

1.1 現(xiàn)網(wǎng)信息

存量線路因建設(shè)時間的不同，建設(shè)模式也有所差異：

（1）資產(chǎn)歸屬不同：鐵塔公司成立前，地鐵線路由運營商自建，原有的分布系統(tǒng)、設(shè)備、材料等配套資產(chǎn)歸屬于運營商，之后，為便于統(tǒng)籌建設(shè)、節(jié)約資源，地鐵公網(wǎng)信號覆蓋由鐵塔統(tǒng)一建設(shè)，配套資產(chǎn)歸屬于鐵塔。

（2）組網(wǎng)原則不同：存量地鐵運營商主設(shè)備分為集中放置和下沉機(jī)房兩種方式，每條線路各家建設(shè)方式不一樣，傳輸組網(wǎng)也不同。

（3）資料不完整：早期存量線路經(jīng)歷過3G、4G 改造，原有的圖紙信息不全或資料不完整，不具備參考意義。

因此，在進(jìn)行5G 改造方案設(shè)計之前，需要充分摸查現(xiàn)網(wǎng)信息，收集現(xiàn)網(wǎng)資料，了解各家組網(wǎng)原則，熟悉現(xiàn)有分布系統(tǒng)，然后再制定設(shè)計方案，確保方案的經(jīng)濟(jì)性和合理性。

1.2 斷點設(shè)置

根據(jù)工信部發(fā)布的三家運營商5G 頻段資源劃分情況，中國移動獲得2515MHz-2675MHz 和4800MHz-4900MHz 頻段、中國電信獲得3400MHz-3500MHz 頻段、中國聯(lián)通獲得3500MHz-3600MHz 頻段。

與4G 相比，5G 使用頻段較高，而頻段越高，空中傳播損耗、建筑物穿透損耗、線纜傳輸損耗越高，造成5G 開斷距離縮短。通常存量線路配套資源都有所預(yù)留，尤其是開通時間較短的線路，為利用這些原開斷傳輸、電源等配套資源，方案設(shè)計時需盡量保證與原系統(tǒng)共開斷，降低配套投資，減少改造工作量。同時也方便后期原系統(tǒng)割接，減少設(shè)備搬遷工作量。

1.3 漏纜選型

工作于單模輻射狀態(tài)，使用頻帶的最大頻率稱為截止頻率[1]。存量地鐵內(nèi)原有漏纜型號為1-5/8"泄漏電纜，截止頻率多為2700MHz，能夠支持移動5G 頻段，但無法支持電信、聯(lián)通5G 頻段，而部分早期線路，漏纜截止頻率為2600MHz，三家運營商5G 頻段均無法支持。

基于上述情況，各廠家紛紛研制出了不同類型的新型1-1/4"泄漏電纜，包括支持800MHz-3600MHz 的全頻段1-1/4"泄漏電纜、支持1400MHz-3600MHz 的專用1-1/4"泄漏電纜、支持3300MHz-3600MHz的高頻段1-1/4"泄漏電纜，針對高頻段耦合損耗和傳輸衰減性能進(jìn)行了不同程度的優(yōu)化，不僅滿足5G 頻段需求，也提高了5G 傳輸距離。因此，想要實現(xiàn)5G 覆蓋，需要在隧道內(nèi)新增1-1/4"泄漏電纜。

1.4 POI 選型

多系統(tǒng)接入平臺POI（Point of Interface），一種性能指標(biāo)更高的合路器，可以引入多個系統(tǒng)多頻段信號，將上行和下行信號分開傳輸，在干擾抑制和減少功率損耗等方面效果明顯[2]。隨著網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)量的增加和電信聯(lián)通4G、5G 的全面競合，對POI 提出了更高的要求：

（1）端口數(shù)量：增加電信、聯(lián)通5G 端口，預(yù)留廣電5G 端口。

（2）端口類型：信源側(cè)端口和天饋側(cè)端口全部采用DIN 型接頭，減少互調(diào)干擾。

（3）支持頻段：POI 端口除滿足各系統(tǒng)帶寬之外，考慮到電聯(lián)競合，電信和聯(lián)通1.8G、2.1G、5G 端口需設(shè)置為寬頻口。

（4）POI 類型：POI 分為普通型和透傳型兩種類型，對于改造線路，考慮到后期系統(tǒng)割接，減少低頻段設(shè)備數(shù)量，兩種類型POI 需結(jié)合使用。

根據(jù)上述要求，目前POI 已增加至16 頻，詳情如下：

表1 16 頻普通型POI 支持的頻段范圍

表2 16 頻透傳型POI 支持的頻段范圍

2 設(shè)計方案選擇

地鐵隧道內(nèi)較為成熟的設(shè)計方案是采用泄漏電纜進(jìn)行覆蓋，存量線路前期已經(jīng)建設(shè)兩路泄漏電纜，實現(xiàn)了各運營商2G、3G、4G 全線覆蓋。進(jìn)行5G 改造時，不僅要滿足本期覆蓋需求，也要結(jié)合原有系統(tǒng)，選取最佳設(shè)計方案。下面根據(jù)線路不同情況，提出了對應(yīng)的設(shè)計方案：

表3 不同設(shè)計方案對比

地鐵隧道內(nèi)空間狹小，資源有限，為避免二次協(xié)調(diào)進(jìn)場改造，同時搶占空間資源，推薦使用方案四，采用四根全頻段1-1/4"泄漏電纜，實現(xiàn)5G 覆蓋的同時滿足4T4R 的需求。

3 改造實施困難

3.1 安全管理要求高

由于存量地鐵線路均處于運營階段，施工單位在隧道內(nèi)施工，不僅要高度重視施工人員的安全管理，更重要的是對工器具、設(shè)備安裝、線纜布放、廢料清理等各個環(huán)節(jié)的管理，其中的每一個環(huán)節(jié)都會給運營帶來極大的安全隱患，影響列車的安全行駛。因此，安全問題是決定5G 改造工程能否實施的關(guān)鍵。

3.2 天窗點少，窗口期短

（1）隧道內(nèi)白天需要行車，晚上地鐵方會定期進(jìn)行維護(hù)和檢修，存在其他人員施工作業(yè)，公網(wǎng)通信可獲批進(jìn)行施工的天窗點較少；

（2）地鐵運營時間一般為上午6 點至晚上11 點，繁忙線路運營時間更長。首先，待所有車輛全部停運后方能進(jìn)場施工；其次，每天運營前，地鐵要預(yù)留時間進(jìn)行安全檢查，在施工截止時間內(nèi)必須全部撤離隧道；再加上施工人員進(jìn)場前后需由地鐵方檢查核實人員、工器具、材料等，確保除耗材外，全部帶離隧道。因此，平均每個天窗點有效施工時間為2-2.5 個小時，窗口期短。

3.3 漏纜安裝難度大

（1）隧道內(nèi)除公網(wǎng)通信漏纜之外，還存在專用通信、公安通信漏纜，在增纜的同時需要保證與專網(wǎng)和公安漏纜的隔離度，避免系統(tǒng)間的干擾。

（2）列車車窗損耗低，漏纜最佳安裝位置為車窗位置，需要盡量保證漏纜高度位于車窗范圍內(nèi)。

（3）為實現(xiàn)MIMO 效果，新增漏纜之間的間距應(yīng)不小于300mm。

（4）考慮到安全問題，地鐵公司對于隧道側(cè)壁打孔極為敏感，難以協(xié)調(diào)，漏纜難以釘墻安裝。

綜上所述，在隧道內(nèi)安裝漏纜限制條件多、難度極大。

3.4 材料運輸難度大

存量線路無下料口，車站和隧道內(nèi)無法存放材料。對于漏纜、電纜、光纜等材料難以通過人工方式整盤運輸，通常是租用地鐵車輛來運輸，而且要根據(jù)施工有效時間及效率按需運輸。但地鐵車輛的行車點較少，材料用量比較大，進(jìn)行全線改造，僅僅依賴于租車無法滿足工期要求，尤其對于超長區(qū)間，如何解決材料的運輸問題，也是制約工程實施的重要因素。

3.5 路由難以摸查

隧道內(nèi)斷點處的電源線、光纜等線纜需要從車站機(jī)房引入，其中涉及隧道和車站兩部分走線路由。隧道內(nèi)可通過弱電側(cè)托架布放線纜，走線路由相對簡單，而車站內(nèi)部則不同，走線路由極為復(fù)雜：

（1）線纜布放于走廊或公共區(qū)吊頂上方橋架，但地鐵內(nèi)專業(yè)眾多，吊頂上方存在多層橋架和管道，本專業(yè)橋架難以確認(rèn)，走線路由難以摸查。

（2）線纜布放于防靜電地板下方或站臺板下層，無法直觀查看。

（3）走線不可避免會經(jīng)過其他專業(yè)機(jī)房，需要協(xié)調(diào)相關(guān)專業(yè)配合開門才能摸清路由，確認(rèn)布放方式和工作量。

由此可見，摸查車站內(nèi)部路由工作量大、難度高，會產(chǎn)生大量的溝通工作，并且在設(shè)計、現(xiàn)場交底、施工等階段需多次進(jìn)場，重復(fù)溝通，影響5G 改造項目的實施進(jìn)度。

4 解決方案

（1）建立健全安全管理體系，認(rèn)真落實安全責(zé)任制，提高人員安全意識。施工前進(jìn)行安全技術(shù)交底，施工過程中加強(qiáng)安全檢查工作，施工后進(jìn)行作業(yè)面全線檢查，從設(shè)計、施工、監(jiān)理等各方面做好安全工作的落實。

（2）安排專職人員負(fù)責(zé)天窗點申請工作，根據(jù)地鐵施工或檢修計劃隨時做出清點調(diào)整，有效利用天窗點，將地鐵方無作業(yè)計劃的區(qū)間及時安排人員施工，提高效率，加快進(jìn)度。

（3）通常弱電托架全部位于車窗范圍內(nèi)，5G 新增漏纜可考慮全部利用托架安裝，避免釘墻打孔，通過定制異形卡具來實現(xiàn)高度和隔離度的要求。

（4）漏纜、光纜、電纜等材料可采用定制滑輪方式運輸，即從車站出入口至隧道內(nèi)斷點處全程布放滑輪，線纜放置于滑輪上，向隧道內(nèi)傳送。也可采用人工加板車相結(jié)合的方式，即通過人工方式將線纜運輸至站臺，然后用板車運輸至隧道內(nèi)斷點處，邊運輸邊放纜，從而提高運輸效率，避免因地鐵車輛行車點限制5G 改造進(jìn)度。

（5）摸查走線路由，首先需要了解地鐵內(nèi)各個機(jī)房所屬專業(yè)，然后協(xié)調(diào)相關(guān)專業(yè)配合，與施工負(fù)責(zé)人一起摸查現(xiàn)場路由，進(jìn)行設(shè)計交底，具備條件可同步施工，減少協(xié)調(diào)溝通次數(shù)，加快施工進(jìn)度。

5 結(jié)束語

為改善地鐵內(nèi)通信質(zhì)量，提高系統(tǒng)容量，提升用戶體驗，存量地鐵5G 改造是未來發(fā)展的必然趨勢，本文從設(shè)計、施工角度，闡述了地鐵隧道內(nèi)5G 改造方案，對存在的困難進(jìn)行了全面分析，并提出相應(yīng)的解決方案，為后續(xù)存量地鐵改造提供了參考和指導(dǎo)意見。