4G、5G地鐵覆蓋方案規劃與實現研究

王晨 馮雷 陳稀瑤

【摘要】? ? 隨著近些年我國移動通信技術的快速發展，移動通信技術的應用場景也更加廣泛。第五代移動通信技術的成功研發和應用進一步推動了我國移動通信行業的繁榮。4G/5G通信技術協同應用于地鐵站點中，能夠更好的保障地鐵通信質量。基于此原因，本文就從地鐵通信覆蓋的特征入手，對地鐵內部站廳站臺覆蓋方案、隧道覆蓋方案等進行了簡單的研究，僅供參考。

【關鍵詞】? ? 地鐵基站覆蓋? ? ?4G/5G通信技術? ? 抗干擾

引言

伴隨我國移動通信事業的不斷進步，“5G”時代已經來臨，由“互聯網”到“物聯網”的推進標志著“5G”時代的開端。目前，在全球范圍內，我國作為通信5G網絡開發的前沿地區，在5G技術開發、基站投資以及應用開發等領域擁有國際領先地位。高速、高效的覆蓋性推廣5G通信網絡是我國贏得世界信息戰勝利的關鍵。隨著5G通信技術廣泛應用與推廣，在地鐵覆蓋5G信號也勢在必行，5G技術具備的特點適用于地鐵各項業務需求，并為未來業務預留較大發展空間，為了更好統籌推進地鐵應用5G通信技術，一定要從源頭做好“頂層設計”，并與原有4G技術及現有分布結合，達到事半功倍的效果。

一、地鐵通信覆蓋特點

我國移動終端設備的人均持有量不斷增長，數據業務呈幾何倍數提升，過去的第四代通信技術顯然已經不再具有先進性，為了提升數據傳輸速度、豐富應用場景，我國率先確認推廣第五代移動通信技術。

早在兩年前，我國三大運營商就已經開始進行5G時代的基礎設施布局，在產業合作方面取得了突破性進展，目前我國部分省份已經完成了5G廣度覆蓋，但地鐵網絡的深度覆蓋仍然是一個難題。

地鐵建筑結構比較特殊，一般可以分成站廳站臺和隧道這兩個部分，覆蓋難度比較大，5G頻段更高，信號傳輸過程中衰減更大，想要在地鐵站內部覆蓋5G網絡具有一定的困難性。具體來說，地鐵覆蓋特征可以分成以下幾個方面來理解：

第一，地鐵人流量的高峰期非常明顯，在非高峰期時人流量非常小，高峰期時人流量急劇增長，這給4G/5G網絡均提出了一定的挑戰。

第二，無線信號在隧道區間內進行傳播的時候，衰落速度非常快，同時站臺門和車體也會導致一定的信號損耗。

第三，地鐵具有突出的移動性，站廳站臺和隧道的場景十分復雜，使4G/5G網絡的穩定性受到挑戰。

第四，目前地鐵的通信網絡一般是運營商共建共享，但是在4G/5G時代下地鐵中需要最多十四個系統同時運行，很可能導致系統干擾，影響信號穩定性。

最后，地鐵內部除了通信網絡之外還存在地鐵的專用通信系統，建設4G/5G網絡的時候需要考慮如何解決這兩個系統的互相干擾。

二、通信5G技術地鐵覆蓋同4G技術對比

目前，4G網絡地鐵覆蓋技術已經趨于成熟，而5G通信系統同4G通信系統在覆蓋本質上區別不大，但是在頻段區間上有所差異，因此在規建的方式上有所不同。

2.1 頻段區間差異

5G通信系統的工作頻段比4G系統要高得多，因此覆蓋距離會有所減短。根據各運營商使用頻段，4G網絡的使用頻段主要為1.8G、2.1G、2.3G、2.6G;5G網絡的使用頻段主要為2.6G、3.5G及4.9G。

由于5G頻段較高，傳播衰減較大，因此在覆蓋過程中，5G基站與基站之間的距離不可過遠。

2.2 網絡規劃與建設差異

5G通信系統同4G通信系統相比，因為電磁波頻率與波長的關系，所以要求5G通信網絡采用密集覆蓋的方式進行建設，同時在施工開通過程中應該提升基站的功率，有效保障5G通信網絡在傳輸過程中的連貫性，建立全面、有效的5G通信系統覆蓋網。

三、地鐵5G網絡覆蓋方案分析

5G通信技術作為現代化通信技術的領跑者，其在傳輸速率、傳輸帶寬及高融合性等方面都優于傳統4G網絡，在地鐵覆蓋5G信號，主要分為車站和隧道兩個區域。地鐵站廳站臺和隧道的位置不同，信號覆蓋方式必然有一定的差異，在綜合考慮覆蓋效果、施工資金、施工便利性等因素以后可以發現，地鐵站的站廳站臺、辦公區域等位置比較寬敞，利用吸頂天線往往更具有合理性;而隧道內的空間一般比較小且有許多彎道，列車通過的時候幾乎沒有剩余空間，這顯然不利于信號的有效傳播，并且隧道內有施工控制“紅線”，因此在選擇天線的時候需要綜合考慮天線的尺寸和覆蓋能力。

更重要的是，列車通過時會產生巨大的風壓，如果安裝外掛天線很可能導致侵限等嚴重的安全問題，因此選用泄漏電纜或者是一體化微站設備更能適應狹窄空間。具體來說，站廳站臺及隧道覆蓋方案如下：

3.1 站廳、站臺覆蓋方案

站臺站廳覆蓋方面目前常用的是傳統室內分布解決策略，但是這種模式下的無源器件支持頻段一般在2.7GHz左右，只能支持移動5G的2.6G頻段，大于3.5GHz以上的頻段無法使用，5G時代的高頻段、大帶寬特點必然會與之沖突，廠商為了應對這個問題，早在4G時代便已推出了新型數字化室內分布系統，比如說華為的lampsite、中興的QCELL、愛立信的Radio DOT等都在此列。新型數字化室內分布系統的優勢在于結構組網簡單、數字信號傳播能力強、十分隱蔽且施工難度低，使用光電復合纜能很好的解決線纜損耗問題，能夠在高頻段下正常使用。另外其還考慮了MIMO，目前很多設備都支持2T2R，并且可以利用軟件控制升級到4T4R，廠家在4G設備的基礎上推出了5G多模設備，是未來4G/5G覆蓋的主要解決辦法。

3.2 隧道覆蓋方案

3.2.1 漏纜覆蓋方案

目前我國地鐵隧道內4G普遍為兩根泄漏同軸電纜，而在5G時代，為了達到4X4MIMO效果，地鐵的每個隧道都需要敷設四根泄漏同軸電纜，三大運營商共用這四根泄漏同軸電纜。為了使信號覆蓋效果最佳，電纜高度應該控制在車窗上下沿之間，安裝的時候采取水平安裝方式，每隔一米安裝一個普通卡具，十米安裝一個防火卡具。同時，上下行的泄漏電纜間距需要控制在半米以上，只有這樣才能真正意義上實現4X4MIMO效果。最后，在安裝泄漏同軸電纜、選定安裝位置的時候，需要考慮到公網和地鐵專網之間的干擾隔離問題。

3.2.2 一體化微站覆蓋方案

地鐵隧道內部的環境比較惡劣，列車通過時會形成巨大的風壓，因此安裝傳統的大型天線設備并不合理，但利用一體化微站設備往往能取得理想效果，比如中興的PADRRU、華為的BOOKRRU都是不錯的選擇。此類設備具有體積小、覆蓋能力突出的特征，和傳統的RRU比較起來更能夠適應地鐵隧道的覆蓋要求。此類設備內部集成了天線，能更好適應隧道內部的特殊環境，安裝的時候調整角度將其覆蓋方向朝向隧道，保證覆蓋效果的同時又不會影響到列車的正常運行。

3.3 4G/5G數字化室分建設規劃

針對地鐵站臺4G/5G覆蓋，可考慮單獨建設4G/5G多模數字化室分或替換、升級原有4G數字化室分方案。4G/5G數字化系統PRRU部署布放密度，主要取決于滿足邊緣場強-105dBm要求的間距，若為多模設備，如2.1GHz與3.5GHz頻段，在輸出口功率及周圍無線條件相同情況下，由于3.5G頻段衰減大，應以3.5G室分覆蓋鏈路預算為準。

5G時代，4×4 MIM0是5G室分系統建網的標準。4×4MIMO網絡將會配置4個發射通道，發射的總功率相當于2天線的2倍，因此可以獲得3dB的功率增益。另外，每個通道發射功率由100mW提升至250mW，將增加約7dB的發射功率。

由于5G網絡頻段升高，3.5G高頻段空間傳播損耗增加，以穿透一堵磚墻為例，穿透損耗增加約3dB。另外，由于5G高頻段造成空間損耗增加、陰影衰落導致損耗增加，5G天線布點密度與2.1G雙通道時布點密度相當，建議前期部署5G PRRU可按照與4G PRRU同點位1：l配置，綜合考慮建筑物內部情況，結合試點測試情況進行效果驗證，以持續優化4G/5G數字化室分覆蓋地鐵站臺方案。

四、通信4G/5G技術對地鐵干擾問題分析

4.1 電磁干擾的頻段區分

地鐵專用通信所使用的一般為低頻設備，例如：沈陽地鐵一號線的無線系統采用“800兆赫頻段TETRA數字集群設備”，其通信線路使用小區制模式，控制中心設置單一交換機，因此在信號頻段上不會與通信5G通信網絡有交互，還有部分地鐵使用1800兆赫、2400兆赫頻段作為信號、PIDS、WLAN系統使用，但也與運營商5G頻段有大間隔且物理距離較遠，所以不需要擔心“4G/5G”技術通信信號會對地鐵通信網絡有干擾。

4.2 地鐵抗電磁干擾能力有效避免干擾

由于漏纜的使用以及信源基站的架設，尤其4G/5G網絡建設的基站數量多、功率大，因此目前已運營地鐵線路5G有使用4條漏纜的方案以作自身干擾隔離的技術方案，即原2、3、4G共用2條，5G獨用2條，避免了各制式手機信號之間的干擾。

而對于對地鐵系統的干擾，上述漏纜在敷設時應注意減小低頻耦合的耦合量，通過強電弱電分離布置、增大電纜間距等方式進行架設，并采用物理間隔，同時依靠地鐵車輛本身的電磁兼容性，可有效的避免干擾問題的產生。

五、結語

第五代移動通信技術的出現，使我國的通信技術邁入了新時代，給人們的生產生活帶來了巨大的便利。但與此同時，如何在地鐵這一類特殊場景下實現4G/5G覆蓋，也成為了我們必須要研究的問題。隨著地鐵在我國交通領域中地位的進一步提升，4G/5G通信技術在地鐵中的覆蓋與普及迫在眉睫，地鐵4G/5G系統的覆蓋成為了這一項工作的重中之重，因此在建設過程中，應通過科學的計算和分析，保障4G/5G信號在地鐵網絡中能夠全方位立體覆蓋，避免出現弱覆蓋現象，更應避免4G/5G信號對地鐵運行的干擾和影響，使4G/5G信號覆蓋在地鐵場景中取得顯著的經濟價值和社會價值。在今后的工作中，我們仍需就本課題進行持續長遠的探究，爭取在不斷的探索中找到更具合理性的覆蓋方案。

參? 考? 文? 獻

[1]查昊，朱巧玉. 5G地鐵覆蓋解決方案探討[J]. 電信快報：網絡與通信，2019，000（005）：21-24.

[2]蘇鳳軒，趙汝桂，陳楚雄. 地鐵隧道5G網絡覆蓋設計方案對比分析[J]. 移動信息，2020（1）：00001-00005.

[3]張旭，劉宇，崔曉薔等. 地鐵移動通信網絡覆蓋方案研究與實現[J]. 通訊世界，2020，027（003）：13-14.