民用通信地鐵隧道覆蓋整體解決方案

杜建新

（武漢虹信技術服務有限責任公司 湖北 武漢 430073）

0 引言

近年來，隨著社會經濟的快速發展，地鐵軌道交通建設投入使用數量直線上升，極大提升了城市交通出行能力，給人們的生產生活帶來了諸多便利。但軌道交通內公眾的通信問題日益突出，網絡建設趕不上軌道交通建設和通信技術的飛速發展，尤其是5G網絡的快速普及布網，造成用戶在軌道交通內的體驗感較差[1]。為了有效解決城市軌道交通內的公眾日常通信需求，結合近幾年各地已經在實施的軌道交通民用通信覆蓋解決方案，梳理出一套較為系統的民用通信地鐵隧道覆蓋解決方案，供相關學者參考。

1 整體解決方案要點

地鐵軌道交通民用通信與傳統的鐵路、公路有著完全不同的特性，因此采用傳統的公路鐵路覆蓋方案不可取，在對低速密閉空間軌道交通進行通信覆蓋時，要充分考慮多運營商多頻段網絡制式的需求以及不同區域的場景特點，采取不同的覆蓋方式等[2]。重點綜合考慮以下幾點問題。

1.1 運營商頻段的需求

截至目前國家無線電管理委員會給各運營商分配了眾多不同頻段的移動通信頻率，用于民用通信的發射臺和手持終端使用，在做地鐵軌道交通民用通信覆蓋時要充分考慮各個運營商目前以及未來一段時間內可能使用到的通信頻率，并充分考慮隧道內軌道公司運營專網及警用無線通信頻率的需求，做好頻率的提前規劃，對覆蓋設備選型及后期頻率規劃做好充分準備，避免覆蓋后出現的網間、網內干擾及覆蓋不滿足用戶要求的情況。

1.2 多系統的需求

目前移動、聯通、電信在運行的網絡有2G、3G、4G、5G共4種制式網絡，根據國家規劃和運營商未來網絡部署安排，2G、3G網絡將有序逐步退網退頻，對于退出的頻段后續會規劃為其他網絡制式啟用，同時目前要考慮電、聯共建共享、移動、廣電共建共享。在做網絡覆蓋設計時要確定好引入覆蓋哪些網絡。

1.3 分區域覆蓋

依據區域場景特性，制定出不同類型的覆蓋方式。隧道內、隧道出入段采用漏纜方式進行覆蓋，車站站廳站臺公共區域內采用PRRU設備覆蓋，車站設備區人流量較少的地方可以考慮采用雙路天饋布放方式進行覆蓋。

1.4 天線點位的確定

依據各個運營商覆蓋要求，結合現有公網設備指標特性，根據計算得出站廳站臺公共區PRRU小站點位間距為25 m左右較為合適，設備功率滿足3家運營商的覆蓋要求。

1.5 隧道及出入段的覆蓋

根據現有公網設備指標，結合城市軌道交通建設站間距實際情況，以及覆蓋網絡數量，頻段需求、鏈路預算計算等，同時考慮重疊切換區設置，隧道內POI斷點的設計間隔一般在450～500 m左右較為合理，具體到每條軌道交通，要實際調整漏纜的覆蓋距離。

1.6 傳輸系統

根據各運營商要求及隧道地鐵建設方案，相鄰站在每側隧道各敷設1條144芯聯絡光纜，相鄰換乘站在一側隧道敷設1條144芯聯絡光纜，每站機房至其下掛隧道設備安裝點各敷設一條48芯光纜，所有的車站外聯敷設1條288芯主干光纜。充分利用光纜的高容量、低損耗、已擴容特性，綜合解決系統的傳輸問題。

1.7 機房及電源配套

地鐵覆蓋的特殊性，要充分考慮容災備份，通信機房內采用雙路380 V供電，結合運營商設備數量、設備用電需求計算開關電源、UPS電源、交直流配電屏配置，同時采用多用戶計量電表計費，按照備電時長要求設計蓄電池組容量。電源線與地鐵隧道提供的接地線纜連接，形成可靠的接地網。

2 無線設計方案

2.1 站廳臺解決方案

地鐵站廳站臺公共區為乘客滯留和換乘區域，人流量大，業務高發，運用皮基站分布系統，即站廳站臺公共區采用BBU+RHUB+PRRU數字化室分進行覆蓋，該類公共區域皮基站間距25 m左右，皮基站采取“W”型布放，單點位各運營商PRRU間距0.5 m左右，以利于設備散熱及網建干擾和隔離度要求。

BBU和RHUB分別安裝在民用通信設備機房及小端機房內，通過光電復合纜經橋架到達每個皮基站點位，光電復合纜等走線使用民用通信自建弱電線槽，PRRU根據現場裝修情況固定在吊頂下方，遠離專網和警用通信天線。盡量同一HUB連接同一區域的PRRU基站，以便后期劃分小區。

設備區及辦公區：主要為地鐵內工作人員活動區域，人員較固定，人員流動較少，對話務及流量負荷要求較低，可以采用雙路傳統室分進行覆蓋，由于房間密集，結構復雜，根據鏈路損耗計算確定天線間距設為12 m左右。

2.2 隧道解決方案

2.2.1 漏纜間距及接入頻段確定

目前隧道漏纜覆蓋主要有2纜和4纜兩種覆蓋方式。隧道漏纜采用2根全頻段5/4輻射型漏纜，可實現5G 2T2R的基本接入需求，投資相對較低。采用4根全頻段5/4輻射型漏纜，可實現5G 4T4R的接入需求，抗干擾能力強、系統擴展性高，速率相對雙纜更高，用戶體驗好。考慮到隧道正線區間人流量大，話務量高，優選采用4根5/4泄漏電纜進行覆蓋，可充分發揮4T4R的性能優勢[3]。

隧道內鋪設4條漏纜，為實現4*4MIMO技術，需要4路漏纜間有一定的距離。在4G實踐中，工程上一般建議4倍波長以上。考慮到多系統接入時系統間干擾和各系統MIMO特性間距要求，漏纜間距設置為350 mm。

2.2.2 信源設備功率確定

考慮2G、3G的有序退網，5G是未來重點覆蓋要求。隧道覆蓋重點考慮5G設備功率，同時考慮5G獨享和5G與4G共享的情況，將對兩種情況進行單獨考慮設備功率，目前民用通信隧道覆蓋均交由鐵塔公司承建，電聯共建共享，電聯5G設備統一考慮。根據現有國內主流5G設備供應商的設備技術指標，結合實際工程情況，確定網絡配置進行設備輸出功率核算。

2.2.3 信源設備間距確定

隧道內設備斷點間距的計算主要依據為漏纜指標，查詢國內主流漏纜廠家漏纜指標，綜合選取較優3.5～3.6 G指標，適當降低1.8～2.6 G指標，使各頻段在漏纜內能夠均衡分布，使漏纜能夠達到最大性能，詳見表1。考慮該系統在列車最高時速的切換距離。根據隧道設備安裝的實際情況及各地實際工程實施經驗，建議高頻設備間距取定為500 m左右為宜，800 M、900 M低頻斷點間距1 000 m左右為宜，通過隧道透傳POI透傳，節約800 M、900 M設備投資。

表1 斷點設備鏈路損耗計算表

2.2.4 POI頻段確定

目前廣電還未正式開通商用，現有3個運營商主要商用覆蓋網絡涉及15個制式，結合電聯共建共享的頻段需求，對POI進行深化設計，充分論證各系統共存對插損等指標的影響。考慮運營商5G規劃，結合鐵塔公司POI技術規范書頻段規劃，統籌考慮地鐵軌道公司專用頻段隔離要求，制定好相應端口的頻段帶寬。同時適當超前考慮未來5G頻段的規劃，提前規劃全頻段端口，對移動、聯通、電信900 M以下低頻端口建議采用全頻POI頻段，對于電聯1.8 G、2.1 G、3.5 G頻段、移動LTE（A、D、F、E）、5 G NR采用全頻POI和透傳POI頻段[4]。

2.2.5 出入段覆蓋確定

考慮到出入段線使用功能，話務量將會比較低，出入段線隧道內可采用兩條漏纜覆蓋，保留隧道內最上和最下兩根纜，建議每家運營商接入語音和單數據頻段，節約不必要的投資。

3 電源設計方案

3.1 整體供電架構確定

由軌道公司提供1主1備兩路380 V市電電源，電源容量最終根據所帶負荷進行計算確定。供電設施包含48V直流供電系統、UPS供電系統、各交直流配電柜/箱以及之間的連接電纜。供電負荷等級可以參考GB50157-2013《地鐵設計規范》第16.10.3條規定：通信設備應按一級負荷供電。實踐中實施比較困難，工程投資成倍增長，運營商無法接受，但考慮本通信工程為民用通信工程，可以和運營商溝通按照三級負荷建設規劃[5]。

UPS備電時間由于各個運營商對通信設備備電時間要求不一致，移動多要求備電時間2～4 h，電信、聯通對備電時間相對要求較低，建議不少于1 h。

開關電源宜采用組合式開關電源，并具備分戶計量，二次下電功能，若后期還有新增直流負荷需求時，可將蓄電池充電時率做小調整，或新增開關電源及蓄電池組，滿足用電容量增加的需求。

3.2 設備用電功耗確定

根據國內主流廠商的無線、傳輸設備電氣指標，結合未來用戶數量上升可能帶來的無線設備容量的增高而造成用電功耗的提升，最終綜合確定各個運營商不同網絡制式的設備功耗，供用電功耗預算[6]。

3.3 機房電源系統解決方案

直流供電系統：根據現有無線、傳輸相關專業使用的直流保障設備用電功耗，配置滿足各機房的-48 V/600 A組合式開關電源，并根據后期根據網絡的發展適當預留容量。

交流供電系統：根據現有無線專業小端機房HUB柜、物業區機房設備、機房HUB柜等交流保障設備用電功耗，配置滿足各機房的容量的UPS，并根據后期網絡的發展適當預留容量。

交、直流系統蓄電池組：由于民用通信系統在地鐵系統中屬于附加系統，斷電對整個地鐵系統的安全不存在威脅，軌道方要求能滿足基本通信及人員疏散要求，原則上地鐵發生事故后，需在0.5 h內疏散所有人員，另考慮民用通信機房承重、空間及投資的情況，故交流、直流系統的電池組備電時間至少按0.5 h配置，建議適當延長配置時長。

3.4 隧道電源系統解決方案

隧道側RRU設備均為非保障交流設備，由民用通信機房內交流配電屏，接隧道內配置交流配電箱，為各個節點所有RRU供電。隧道側電源系統采用380 V拉遠，機房交流配電屏每個回路負責相鄰兩個斷點交流箱供電，相鄰兩個斷點交流箱采用不超過二級級聯方式。便于電量計量和供電保障。

4 傳輸設計方案

4.1 傳輸建設方案

每個地鐵站站外建立1個光交箱，用于將室外運營商的政企專線及基站傳輸信號引入地鐵內，每個站廳臺內分別再建設1個大機房和小端機房，用于傳輸設備的安裝和各個站點的傳輸聯絡組網，機房內建設配置ODF機柜和光交箱，用于本站廳臺的傳輸設備連接組網，站與站之間通過光纜連接，隧道內左右線斷點處分別安裝監理光交箱，用于隧道內斷點之間傳輸設備的連接，最終形成系統聯網，根據后掛傳輸設備的多少選擇芯數不同的光纜組網。

4.2 傳輸設備需求

傳輸設備系統規劃部，1主1備2套或以上匯聚層PTN傳輸設備，有效避免光纜同路由組環和匯聚節點單節點失效的風險，保障傳輸網絡運行的穩定性。每個接入車站節點各建設1套PTN接入層設備，依據整條地鐵線路站點數量多少規劃組成兩個以上獨立的環路，采用隔點組環的方式，組成多個小環網，充分保障傳輸路由的可靠性[7]。

4.3 傳輸容量測算

根據3家運營商提供的BBU數量、基站類型以及各自的帶寬需求，測算單環路最大峰值帶寬數量。同時考慮地鐵開通后，未來一段時間內人流量增加后，傳輸容量的新需求，兼顧技術演進升級，提高經濟效益，減少建設成本。

5 結語

綜上所述，對于民用通信地鐵隧道覆蓋，在立項建設時要高屋筑瓴，做好系統全面的規劃和不同專業之間的協同，對于無線覆蓋重點考慮不同網絡、網間的干擾，對于電源設計重點做好站亭臺、隧道斷點之間電源的引入和二次分配以及容災備份，對于傳輸規劃重點做好容量測算和環網保護規劃。