徐州地鐵線路5G方案的效果討論與分析

薛雨偉 陳慶勇

廣東省電信規劃設計院有限公司 廣東 廣州 510630

引言

地鐵場景作為5G室內覆蓋場景，具有高業務量、用戶感知強、資源受限等特點。隨著我國5G時代的到來，傳統的地鐵覆蓋方式將難以滿足5G的全覆蓋的特點，而針對5G覆蓋所使用的有源室分等建設方式在地鐵受限于空間資源和建設成本，難以實現全地鐵場景覆蓋[1]。因此，本文以徐州地鐵二號線為例，探討如何在地鐵中實現全地鐵場景覆蓋進行探討。

1 徐州地鐵現狀及規劃

1.1 現狀

截至2020年12月，徐州地鐵已開通地鐵1號線、地鐵2號線2條運營線路，共設車站38座（換乘站不重復統計），換乘車站2座，運營里程共計46.15km。

1.2 規劃

2020年底前，徐州已形成城市地鐵骨干網絡，已開通2條線路，實現城區全覆蓋，截至2020年11月，徐州地鐵在建線路共有3條，即徐州地鐵3號線一期、徐州地鐵3號線二期、徐州地鐵6號線一期，線路總長約47.43km。2020年1月20日，國家發改委批復徐州地鐵第二期建設規劃。徐州地鐵遠期線網規劃由11條線路組成，包含中心城區7條軌道普線和外圍地區4條軌道快線，總規模323.1千米。

1.3 覆蓋需求

3家運營商共11套系統接入，具體如下：移動：GSM900、DCS1800（FDD）、TD-LTE2.3（E頻段）、TD-LTE（D頻段）、TD-LTE(F頻段）、NR2.6G；電信：CDMA800、FDD-LTE2.1G、NR3.5G；聯通：WCDMA2.1G、FDD-LTE1.8G、NR3.5G（5G共建共享，由電信共享載波100MHz，后續升級200MHz獨立載波）。

2 地鐵5G方案討論

2.1 5G接入方式

2.1.1 區間隧道方案

徐州地鐵二號線建設前，完成地鐵5G試點測試的城市有鄭州、石家莊、濟南、北京。普遍采用的區間隧道覆蓋方式有以下幾種

圖1 區間隧道方案

徐州二號線隧道內采用1-1/4”泄漏電纜四纜覆蓋，站臺區（廣告牌區域）電聯斷開，移動單獨布放兩纜，隧道內連續覆蓋；設備安裝時，POI及運營商主設備安裝于隧道區間，掛墻安裝；在漏纜安裝時，漏纜共鋪設171.1km，固定在隧道墻壁以及托架最外側，鑒于漏纜隔離度的特殊需求，漏纜卡具需要廠家定制，采用普通卡具每1 m固定一個，每10m時使用防火卡具；考慮MIMO需求及隧道內的限界，4條漏纜相鄰間距為0.28m；另外，根據各系統設備輸出功率、覆蓋要求，結合鏈路預算，可以得出在隧道區域，電信5G頻段單邊傳輸距離最近[2]，為254m，考慮該系統在列車時速80km/h的切換距離為40 m，故隧道區間雙邊傳輸距離為469m。根據隧道設備安裝的實際情況及運營商對鏈路預算的要求[3]，再結合實際工程實施經驗，本工程斷點間距取定參考值為450m。

2.1.2 站臺站廳方案

站廳站廳室分覆蓋通常采用傳統室分或新型室分兩種方式進行覆蓋。目前全國大多數省份地鐵4G時代站臺站廳已采用新型室分，5G時代基本上都采用新型室分[4]，繼續采用傳統室分面臨性能劣勢。

徐州地鐵二號線的車站覆蓋方式：主要分為公共區域、辦公區、機房區等，根據不同區域場景采用多元化覆蓋方式：1)公共區域：站廳站臺比較開闊，無墻體阻擋，天線布放采用“W”型交叉覆蓋方式，天線間距設置為15m；2)站廳辦公及機房區：房間密集，結構復雜，天線間距設置為12m，重要的辦公室、會議室、更衣室等，采用天線進房間覆蓋；3)站廳出入口覆蓋：部分出入口建筑圖紙不穩定的，預留3～4個天線功率；出入口無障礙電梯在站廳層設置對數周期天線進行覆蓋，保證與室外信號的良好切換[5]；4)站臺設備區：機房及走廊采用漏纜與全向天線兼顧覆蓋的方式；5)站廳站臺每個點位3個天線采用正三角形方式布放，天線間距1m，從而實現MIMO效果。

2.2 5G場景應用方案

根據以上方案分析，5G在地鐵中的應用，實現了信息的共享，將場景應用方案劃分以下兩種。下面對5G升級典型應用場景進行分析。

（1）場景一：存量只有移動，在短期之內，電信、聯通無共享需求。故新增5G升級模塊，并采用現有POI設備和分布系統，將5G信號饋入漏纜。通過POI安裝，減少了設備投入，降低用戶投資[6]。

（2）場景二：存量只有電信和聯通，在短期之內，移動無共享需求。故新增5G升級模塊，并采用現有POI設備和分布系統。此場景不影響分布系統，故不需要對分布系統結構進行調整。但5G分布系統投資較大、施工難度大，不利于地鐵隧道新增漏纜施工[7]。

（3）場景三：存量只有移動，且短期內電信、聯通有共享需求。新增一套5G分布系統及POI設備供3家5G接入使用，原有分布系統及POI設備不做任何改造。引場景對現有分布系統基本無影響，此場景不影響分布系統，故不需要對分布系統結構進行調整[8]。但5G分布系統投資較大、施工難度大，不利于地鐵隧道新增漏纜施工。3家共享漏纜存量，從而會產生復雜的干擾信號。

3 5G方案的應用前景及趨勢

5G技術在徐州城市軌道交通體系中的應用，應做到以下兩個方面：（1）通過在地鐵中引入5G技術，實現現有系統的升級優化。此項技術作為一種新興技術，由于發展時間不長，導致其運行技術相對于4G技術來說，仍顯得不夠平穩，因此，我們應對5G通信設備進行優化，以滿足該技術在軟件和硬件上的使用需求[9]。（2）當前，在5G技術設備優化過程中，需要大量的資金作為支撐，且要對5G技術的未來發展趨勢進行分析，以不斷完善運行體系，為5G的普及做好準備。（3）AI、無人機的出現為5G移動通信提供相應的支持，該技術與徐州未來城市軌道交通業的發展聯系較為密切，城市軌道交通智能化的發展需要5G作為技術基礎[10]。

4 結論

總之，隨著我國居民生活不平的迅速提升和生活方式的不斷轉變，徐州地鐵得到了迅速的發展，在地鐵中引入了新技術，以打造出現代化城市空間，為當地乘客提供豐富的生活體驗和服務。通過在徐州地鐵引入5G方案，實現電信聯通地鐵場景（隧道和站臺站廳）5G共建共享。且在該站設置地鐵場景5G體驗區，通過5G手機、VR和物聯網管理與乘客進行互動，讓乘客充分了解和體驗5G所帶來的優勢。對于目前來說，未來的徐州地鐵將會本著為客戶服務為宗旨，對地鐵運營管理方式進行創新，以推動地鐵行業的持續發展。