地鐵隧道無線網絡覆蓋設計方案對比研究

王思宇

隨著我國軌道交通事業的發展，乘坐地鐵逐漸成為人們出行的重要選擇，如何在地鐵內提供穩定、高速的移動網絡覆蓋成為困擾運營商的一大難題。通過選取地鐵覆蓋中隧道覆蓋這一分支，以天津地鐵6號線一期工程為例，研究分析2種常用的隧道覆蓋方案的特點，并總結出各自的優缺點，從而指導后續地鐵隧道覆蓋設計工作。

地鐵 隧道覆蓋 多系統合路平臺 漏泄電纜

1 背景介紹

目前我國軌道交通發展迅速，相應地鐵無線網絡覆蓋也隨著人們的需求而迅速發展。未來移動通信的發展將從語音業務占主導地位轉向以數據業務為主導，在地鐵內提供穩定、高速的移動網絡覆蓋已勢在必行。

為保證移動通信網絡的性能，滿足市場發展的需要，地鐵項目作為室內分布工程建設中具有較大的經濟效益、社會影響力也較大的目標，應予以優先覆蓋，需重點解決。因此，地鐵覆蓋是一個可以實現通信運營商、地鐵運營商、乘客“三贏”的舉措。地鐵覆蓋與其他場景最顯著的區別在于隧道覆蓋，所以本文將主要研究地鐵隧道覆蓋設計方案。

1.1 地鐵隧道無線網絡覆蓋特點

（1）地鐵隧道為封閉式環境，無線信號在隧道環境中傳播容易產生快衰落；

（2）列車車體會對無線信號產生屏蔽作用；

（3）接入系統多，覆蓋要求高，安裝環境要求高；

（4）采用POI（Point Of Interface，多系統合路平臺）對信號進行合路；

（5）采用漏泄電纜對隧道進行覆蓋。

1.2 地鐵隧道無線網絡覆蓋需要注意的問題

（1）系統間干擾分析；

（2）切換區設定和重疊區域計算；

（3）隧道區間鏈路預算；

（4）容量分析。

2 地鐵隧道無線網絡覆蓋方案介紹

地鐵隧道中一般采用漏泄電纜進行無線網絡覆蓋。漏泄電纜是在隧道等狹長環境中經常使用的一種解決方案，具有信號場強分布均勻、覆蓋距離長、有效覆蓋范圍窄等優點；其缺點是造價較高、彎曲半徑大、施工難度大。

2.1 POI配置

隧道無線網絡覆蓋采用POI設備，將三家運營商不同的通信系統信號進行合路，并將合路信號饋入漏纜，從而保證覆蓋指標，提升頻率資源利用率并降低投資。POI功能原理示意圖如圖1所示：

以圖1接入的8系統為例，根據鏈路預算，最受限的系統是頻率最高的中國移動TD-LTE系統，覆蓋距離為300m左右；覆蓋距離最長的是中國電信CDMA800系統，覆蓋距離為1000m左右。各系統由于頻段不同，在漏纜中傳輸損耗也不同，因此造成覆蓋距離長短不同，出現高頻功率受限但低頻功率富余的情況。為了解決這一問題，在隧道無線覆蓋中可采用方案：在隧道中增加高頻POI，對DCS1800、3G、4G等高頻信號進行放大，而CDMA800、GSM900等低頻信號進行透傳。具體如圖2所示：

根據上述分析，在隧道內對各個系統進行有源放大時存在兩種情況：一是對全部系統進行放大；二是只對高頻系統進行放大、低頻系統透傳。

2.2 鏈路預算

公式如下：

漏纜覆蓋距離=（注入功率-（要求覆蓋邊緣場強+漏纜耦合損耗+車體和人體損耗+衰減余量+寬度因子+POI插損））/漏纜百米損耗

區間有源設備覆蓋距離詳見表1所示。

按照LTE系統切換完成所需時間最長0.5s考慮，地鐵列車最高時速為80km/h，則所需場強重疊區為：s=v×t=（80000/3600）×0.5≈11m。

由上述計算可知，低頻系統切換帶長度為266m，高頻系統切換帶長度為66m；為了保證切換質量，筆者對上述結果做了一定預留，最終確定本工程隧道覆蓋低頻系統切換帶長度為300m，高頻系統切換帶長度為100m。

2.4 隧道分段無線網絡覆蓋方案

所謂隧道分段無線網絡覆蓋方案，是指以地鐵站點分段，將部分POI安裝在地鐵站廳層商用通信機房內，用7/8饋線將信號引至站臺層漏纜合路點，覆蓋站臺及站臺附近兩側隧道；其余POI放置在隧道內，根據隧道長度、三家運營商不同制式通信系統覆蓋距離，合理布置全頻、高頻POI位置，將切換帶放置在高速區域，且不能將切換帶落在站臺上。隧道分段覆蓋方案示意圖如圖3所示。

2.5 隧道連續無線網絡覆蓋方案

所謂隧道連續無線網絡覆蓋方案，是指將地鐵隧道看作一個整體，POI全部安裝在地鐵隧道內，根據隧道長度、站臺長度、三家運營商不同制式通信系統覆蓋距離，合理布置全頻、高頻POI位置，將切換帶放置在高速區域，且不能將切換帶落在站臺上。隧道連續覆蓋方案示意圖如圖4所示。

3 地鐵隧道無線網絡覆蓋案例

3.1 站點概況

天津地鐵6號線一期共26個車站，包括1個地上站和25個地下站，覆蓋隧道長度為55.24km（雙向）。

3.2 設計方案

針對天津地鐵6號線區間隧道及站臺實際長度，分別給出分段覆蓋方案和連續覆蓋方案，具體工作量如下：

（1）分段覆蓋方案：新增POI 152套，包括全頻POI 66套和高頻POI 86套，7/8饋線5000m，漏纜116 950m；

（2）連續覆蓋方案：新增POI 120套，包括全頻POI 84套和高頻POI 36套，漏纜116 950m。

天津地鐵6號線隧道連續覆蓋方案示意圖如圖5所示。

4.3 工程造價對比

針對隧道無線網絡覆蓋，方案1共使用152套POI設備，方案2共使用120套POI設備；全頻POI設備數量有所增加，節省了高頻POI設備。

（1）方案1總投資2 215 994元，其中需要安裝的設備費為2 103 065元，建筑安裝工程費為112 929元；

（2）方案2總投資1 681 571元，其中需要安裝的設備費為1 630 679元，建筑安裝工程費為50 892元；

（3）差額為534 424元。

根據以上投資對比，可以看出：

（1）方案2比方案1節省了POI設備，從而節省了部分設備投資；

（2）由于方案1的POI設備安裝于機房，額外增加了一部分POI至站臺合路點之間7/8線纜投資；

（3）方案2節省了POI和7/8線纜的施工費。

5 結論

本文通過對地鐵隧道無線網絡覆蓋進行深入研究，剖析了影響地鐵隧道無線網絡覆蓋指標的重要技術節點。根據天津地鐵6號線一期工程這一實際案例，分別給出2種地鐵隧道無線網絡覆蓋方案并比較各自的優缺點，得出結論如下：

與分段無線網絡覆蓋方案相比，采用連續無線網絡覆蓋方案覆蓋地鐵隧道在保證覆蓋效果不變的前提下，節省了整體工程投資，降低了施工難度并加快了網絡建設速度。在各運營商競爭激烈、壓榨建網成本的今天，隧道連續無線網絡覆蓋方案以其優秀的覆蓋質量、較省的整體投資，為探索地鐵隧道無線網絡覆蓋指出了新的道路。

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