地鐵３Ｇ通信引入探討

高世強

【摘要】隨著國內3G牌照的發放，作為人流密集區，地鐵上的3G服務日益必要和重要。文章在介紹了3G覆蓋系統主要設計技術指標之后，分析了3G信號尤其是TD信號的地鐵接入方式和鏈路預算方案，闡述了直放站與隧道多頻分合路器在地鐵覆蓋系統中的應用。

【關鍵詞】3G 地鐵 覆蓋 直放站 多頻分合路器

2009年1月，工信部正式發放了3G運營牌照，標志著3G在中國正式商業化，同時也拉開了三家運營商全面競爭的序幕。移動運營商的競爭主要在于入網客戶數，而客戶最關心的則是移動無線信號的覆蓋率。地鐵作為一個人流密集的區域，和越來越重要的交通工具，已是移動無線信號覆蓋的熱點地區。

隨著地鐵線網的形成，客流量高速增長，地下通信日益增多，乘客各類需求急劇增加。地鐵在為乘客提供安全、快捷和舒適的交通服務的同時，提供全方位的、不間斷的3G服務，將成為其必須配套和關乎乘客滿意度的服務，有利于提高地鐵綜合服務水平。

目前國家對3G頻率的分配是：

中國電信CDMA2000：1920MHz～1935MHz和2110MHz～2125MHz，

中國聯通WCDMA：1940MHz～1955MHz和2130MHz～2145MHz，

中國移動TD-SCDMA：1880MHz～1900MHz和2010MHz～2025MHz。

1 3G覆蓋系統主要設計技術指標

1.1 TD-SCDMA服務質量指標

（1）信號覆蓋電平

考慮HSDPA高速數據業務需求，95%以上的覆蓋區域P-CCPCH電平RSCP≥-85dBm，C/I>5dB。

（2）移動臺最大發射功率

目標覆蓋區域內95％以上位置，語音業務移動臺發射信號總功率在隧道內應不超過15dBm，其它區域應不超過10dBm；數據業務移動臺發射信號總功率不超過20dBm。

（3）上下行誤塊率（BLER）

對于12.2kbps的語音業務，BLER≤1%；

對于64kbps的CS數據業務，BLER≤0.1%；

對于PS數據業務，BLER≤10%。

（4）切換成功率

地鐵內不同信源之間：切換成功率>98％；

室外與室內之間：切換成功率>95％。

（5）接通率

保證覆蓋區域內信號強度基本均勻分布，目標覆蓋區域內98％的位置、99％的時間移動臺可接入網絡。

（6）掉話率

忙時話務統計掉話率<1.5％。

（7）信號外泄

地鐵覆蓋系統不得過度覆蓋室外，在距地鐵出口10米以外，室內信號的電平比室外信號的低9dB以上。

如地鐵出口室外信號較弱，地鐵內基站泄漏至室外10米以外的導頻信號強度應不高于-95dBm。

（8）上行噪聲電平

基站接收端上行噪聲抬升值小于3dB。

（9）同步要求

TD-SCDMA系統的同步率必須達到100％。

1.2 WCDMA服務質量指標

（1）信號覆蓋電平

要考慮CS12.2K、CS64K、PS384K等業務的連續覆蓋；邊緣導頻功率≥-85dBm，Ec/Io≥-8dB。

（2）移動臺最大發射功率

目標覆蓋區域內95％以上位置，語音業務移動臺發射信號總功率在隧道內應不超過15dBm，其它區域應不超過10dBm；數據業務移動臺發射信號總功率不超過20dBm。

（3）上下行誤塊率（BLER）

對于12.2kbps的語音業務，BLER≤1%；

對于64kbps的CS數據業務，BLER≤0.1%；

對于PS數據業務，BLER≤10%。

（4）切換成功率

地鐵內不同信源之間：軟/更軟切換成功率>98％；

室外與室內之間：軟/更軟切換成功率>98％，異頻硬切換成功率>95％。

（5）接通率

保證覆蓋區域內信號強度基本均勻分布，目標覆蓋區域內98％的位置、99％的時間移動臺可接入網絡。

（6）掉話率

忙時話務統計掉話率<1.0％。

（7）信號外泄

地鐵內基站泄漏至室外10米處的導頻信號強度應不高于-85dBm。

（8）上行噪聲電平

在基站接收端位置收到的上行噪聲電平小于-103dBm/3.84MHz。

（9）RAB 建立成功率

電路域RAB建立成功率≥98％，分組域RAB 建立成功率≥98％。

（10）業務擁塞率

業務擁塞率≤2％。

2 3G信號地鐵接入方式分析

2.1 3G系統接入方式

3G接入考慮的主要是TD的接入，TD的解決了，其他兩個系統也就迎刃而解了。所以本文主要分析TD的接入方式。

目前TD引入天饋系統有兩種方式：一是采用POI饋入漏纜，二是采用TD接入器合路到天饋系統中。兩種方式相比，前者信源需要更大的功率輸出，根據目前TD系統產品的特點，采用第二種方式更為合理，可以節省系統功率，獲得較遠的覆蓋范圍。

TD-SCDMA系統在地鐵內不能使用智能天線，針對TD-SCDMA信號源小功率、多通道的特點，通過TD-SCDMA接入器從POI后端合路到系統鏈路中，用多個小功率輸出通道分別覆蓋不同的區域，形成多通道方式。

系統合路方式如圖1所示：

2.2 TD接入系統上下行鏈路比較

TD-SCDMA無論是接入系統上行鏈路還是下行鏈路，都要滿足各個系統之間的隔離度要求，使各系統能夠共容，相互間不產生干擾。TD-SCDMA信號接入系統上行鏈路時，主要考慮TD下行發射大功率信號雜散落入其他系統上行頻段而對其他系統上行信號造成的干擾。TD-SCDMA信號接入系統下行鏈路時，主要考慮其他系統下行輸出功率信號雜散落入TD工作頻段而對TD上行造成的干擾。落入系統的雜散功率不能高于本系統的熱噪聲功率。

TD落入其他系統的雜散功率如表1所示：

從上面兩表中可以確定出TD與其他系統間的隔離度要求。為了盡可能減少對2G上行的干擾，還是考慮將TD信號接入下行鏈路。

3 鏈路預算技術方案

在3G系統中，信號電平仍是判斷系統覆蓋強弱的關鍵性指標，而主公共信道P-CCPCH的RSCP是衡量3G信號電平強度的指標。除了滿足公共信道的電平要求外，業務信道的信號干擾噪聲比SIR是決定系統業務覆蓋距離的最終因素。由于具有CDMA性質的自干擾性，SIR和信號電平對應關系的不確定性要遠大于TDMA性質的GSM系統，且和物理傳播環境、系統容量等因素密切相關。

3.1 站廳天線覆蓋系統

地鐵環境車站站廳比較空曠，站廳收發天線之間為視距時，場強可以按照自由空間公式計算。自由空間路徑損耗公式：

Lbf(dB)=32.4478+20lgf(MHz)+20lgd(km)（1）

移動覆蓋系統在設計初期，站廳天線分布就應對3G做預留，天線間隔按2G兼容3G考慮，兩天線間隔取20～30米，即單天線覆蓋半徑按10～15米設置。按照公式（1），各通信系統空間路徑損耗如表3所示：

在站廳場強預算時，依然要考慮到人流密度、快衰落余量及系統余量等因素，這些因素的取值來自于經驗值，而通過試驗來進一步校正。

大廳吸頂天線端口需要功率為：

Po≥Pi+L1+L2+L3-L4

其中，Po：站廳天線端口電平；

Pi：邊緣場強電平；

L1：15m空間損耗；

L2：系統余量及快衰落余量（取6dB）；

L3：人流密度損耗（取7dB）；

L4：天線增益（取0dB）。

邊緣場強要達到-85dBm，各系統對單天線輸入功率如表4所示：

3.2 隧道區間

地鐵隧道一般都采用1-5/8＂漏泄電纜進行場強覆蓋，地鐵環境下主流廠商1-5/8＂漏泄電纜傳輸損耗、耦合損耗指標如表5所示：

計算隧道區間場強覆蓋時，主要考慮的因素一般有：

基站下行發射功率；

漏泄同軸電纜的傳輸損耗、耦合損耗，與移動臺接收天線距離大于2米時的附加損耗；

基站能量分配及路徑損耗；

越區切換場強重疊區余量；

列車高速移動過程中的多普勒頻移、多徑效應引起的快、慢衰落余量；

隧道效應所帶來的附加損耗；

車廂車體屏蔽所帶來的附加損耗；

人體（含列車滿載乘客時）屏蔽所帶來的附加損耗等。

為了保證邊緣場強要求，隧道內漏纜末端電平P0為：

P0≥P1+L1+L2+L3+N1+N2

其中，P0：隧道內漏纜末端電平；

P1：邊緣場強；

L1：漏纜耦合損耗；

L2：車廂屏蔽損耗；

L3：人體損耗；

N1：大于2米漏泄電纜附加損耗；

N2：系統余量及快衰落余量。

由此可以計算出各通信系統在滿足邊緣場強要求時，漏泄電纜末端所需要的最小功率，如表6所示：

通過以上計算，再結合基站輸出功率及漏泄電纜的傳輸損耗，就能計算出基站能量的覆蓋距離，如表7所示：

由此可以看出，3G系統信號在傳輸350米后就需要設置有源設備來進一步延伸覆蓋。

由直放站（或RRU）輸出功率及漏泄電纜的傳輸損耗，就能計算出直放站（或RRU）能量的覆蓋距離，如表8所示：

由以上分析計算可看出，對于3G信號，基站能量覆蓋距離（兩端）為700米左右，直放站（或RRU）能量覆蓋距離大約也為700米。

4 直放站與隧道多頻分合路器

對于3G系統而言，直放站作為網絡覆蓋的重要延伸單元，在地鐵覆蓋中仍有其不可替代的作用。但是在TD-SCDMA系統中，直放站嚴禁串聯使用，信號源單元單通道所接直放站總數不應超過3個。

4.1 直放站設置

直放站前（后）端設置多頻段分合路器，將漏纜中傳輸的多系統、寬頻信號按系統制式分路出來，分別進行放大，

4.2 隧道多頻段分合路器

根據2G和3G直放站的設置位置不同，將隧道多頻段分合路器分為2種：

（1）多頻分合路器I

多頻分合路器I設置在需安裝2G和3G直放站處，將漏泄電纜中傳輸的多系統寬頻信號按不同的制式分離出來，送入各自制式的直放站。在大于1500米的隧道區間且同時設有2G和3G光纖直放站的地點使用。

（2）多頻分合路器II

由于3G工作頻率較高，鏈路損耗大，3G（包括DCS）信號在漏泄電纜中的覆蓋距離比2G信號覆蓋距離短。小于1500米的隧道區間設置1套3G光纖直放站，采用隧道多頻分合路器II。多頻分合路器II設置在只需安裝3G直放站處，2G等其他信號直接通過。

參考文獻

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