地鐵民用通信系統傳輸設計方案探討

閆國梁　馬丹　王樹森

【摘 要】為了解決地鐵民用通信系統的傳輸系統設計問題，通過采用對比探討、逐層深入方式，分析了青島地鐵R1線地鐵車站、地下隧道和山嶺隧道三種場景的傳輸系統設計方案，提出了纖芯按需分配的均衡方案，并經過實際方案數據分析，發散思維提出合理化建議。

【關鍵詞】地鐵隧道 民用通信系統 傳輸系統 纖芯分配

1 引言

近年來，我國城市軌道交通發展迅猛，地鐵成為城市交通的重要組成部分，是民眾出行的重要工具。地鐵建成后，由于受到現場環境與系統環境的限制，地下站廳、臺層和隧道內都是公共移動通信的盲區，人員密集、流動性大并有多種移動通信需求。將民用通信系統引入地鐵車站和隧道，以實現無障礙通信，并利用地鐵提供的通信人井、機房、托架等資源為地鐵運營提供支持，具有重要的社會效益和經濟效益。地鐵民用通信系統一方面承擔大量的日常民用通信需求，滿足地鐵用戶日常的通信聯絡體驗，提升城市形象；另一方面可以作為地鐵應急通信系統的重要補充，在緊急情況下分擔地鐵應急系統的通信需求。本文以青島地鐵R1線民用通信系統傳輸網絡的建設實踐為切入點，嘗試探討傳輸網設計方案如何同時滿足三家運營商需求，以及如何在節省投資和考慮長遠發展之間取得平衡。

2 青島地鐵R1線概況

青島地鐵R1線是青島市開工建設的第三條地鐵線路，也是連接青島東部、西部及北部的一條骨干線路，同時還將青島老城區、行政中心、商業中心、東部文化中心、北部生活中心等一系列市區內比較大的客流集散點連接在一起。青島地鐵R1線線路總長為58.4 km，共設車站22座，其中包含4座地下車站、18座地面高架車站以及5段地下隧道、3段山嶺隧道。

按照使用主體的不同，地鐵通信系統分為運營通信系統、警用通信系統和民用通信系統。運營通信系統、警用通信系統均由地鐵建設單位按照各自的國家標準及行業標準負責投資建設和運營維護。在我國，地鐵民用通信系統是地鐵建設的重要組成部分，地鐵投產運營之前需要同時開通，由三大運營商按照運營商通信系統的建設標準負責投資建設和運營維護，地鐵公司提供必要的施工和維護條件。

地鐵民用通信系統包含移動通信引入系統、傳輸系統、電源及接地系統、網管系統和通信線路系統。其主要是解決地鐵內部的無線網絡覆蓋，滿足乘客的語音及互聯網上網需求，并解決地鐵車站內部商業用戶的語音專線、數據專線及互聯網專線的業務需求。

青島地鐵R1線民用通信系統的地上車站及地上線路部分由各運營商原有通信系統解決，其余部分的通信系統由地鐵民用通信系統解決。通常情況下，民用通信系統的傳輸系統各運營商都是獨立建設，并通過各自的傳輸網絡解決無線公眾網的傳輸接入。但在一些特殊場合由于受到現場環境與系統環境的限制，如地鐵車站、隧道等特殊場景設備安裝空間有限，不可能滿足多家運營商同時建設，需要綜合考慮各種因素建設一張既能滿足各運營商的業務網絡近期需求，又能滿足其長遠發展的傳輸網絡。

3 青島地鐵R1線傳輸系統設計方案

3.1 青島地鐵R1線民用通信系統

青島地鐵R1線民用通信系統根據不同的專業，主要由無線信源部分、電源配套部分和傳輸系統部分組成。具體如圖1所示。

（1）無線信源部分主要包括：POI（Point Of Interface，多系統合路平臺）及其以下的室內分布系統、泄漏電纜。

（2）電源配套部分主要包括：開關電源、綜合柜、龍門架、POI機柜和動力監控等設備，綜合柜、龍門架、設備底座等設備的電源線及保護地線；機房走線架、接地子排、光纖走線槽，隧道內各設備點位的配電箱。

（3）傳輸系統部分主要包括：地鐵車站外光纜交接箱；地鐵車站外光纜交接箱至機房的光纜；機房內ODF（Optical Distribution Frame，光纖配線架）；BBU（Building Base band Unit，基帶處理單元）和隧道RRU（Radio Remote Unit，射頻拉遠單元）間的連接光纜；車站之間在隧道內的連接光纜。

3.2 傳輸系統的設計分工界面

青島地鐵R1線民用通信系統是由中國鐵塔青島分公司牽頭和三家運營商青島分公司配合分工建設，具體如下：

（1）中國鐵塔青島分公司牽頭建設內容包括：車站外光交箱、車站外光交箱至機房的光纜、機房內ODF、傳輸設備的安裝，電源線及接地線的敷設、BBU和隧道RRU間的連接光纜、車站之間在隧道內的連接光纜布放等。

（2）三家運營商青島分公司配合建設內容包括：基站至車站外光交箱的傳輸光纜、提供整套傳輸設備（含電源線、接地線、光纜連接器），機房內ODF至傳輸設備、BBU至RRU、ODF至RRU的連接跳纖，隧道內RRU至隧道內壁掛式光交箱的連接跳纖等。

3.3 傳輸系統的設計原則

傳輸系統部分設計方案首先要滿足地鐵方面的整體要求、中國鐵塔及三家運營商的需求。盡量利舊地鐵已有資源，節約建設投資成本，并結合無線信源部分方案的需求，綜合考慮運營商的后期業務發展合理設置光纜分纖點。其次要滿足工程建設需求，為后期業務發展適當預留。考慮不同組網方案，結合三家運營商意見，設計方案滿足本期建設需求和適度余量。此外，還需要滿足現場施工的需求，勘察車站、隧道現場情況，綜合考慮三家運營商的原有管道和光纜資源，合理設置光纜接入點，方便光纜施工和上聯光纜的接入。

3.4 傳輸系統的設計

（1）無線信源部分對纖芯的需求

青島移動擬建GSM900系統、TD-LTE系統F頻段和E頻段，青島聯通擬建GSM900系統、WCDMA系統和FDD-LTE系統1 800 MHz，青島電信擬建CDMA800系統、FDD-LTE系統1 800 MHz和2 100 MHz，其中青島移動TD-LTE系統D頻段、青島聯通DCS1800系統做預留。本方案滿足三家運營商接入9個系統，并預留備用纖芯滿足后期系統的接入。endprint

設計方案時，按照1個系統主用2芯纖芯，每個設備接入點安裝18芯以上就能保證設備正常開通運行；考慮到光纜纖芯的備用情況，在條件允許的情況下每個設備安裝點光纜成端均大于18芯。

（2）青島地鐵R1線傳輸系統的設計方案

青島地鐵R1線民用通信系統的建設主要是受到地鐵整體規劃建設方案的制約，需要在地鐵建設期間同步進行民用通信系統的設計，地鐵建設單位劃定的施工窗口期內按時完成地鐵民用通信系統的施工和開通。同時，需要與地鐵建設的設計和施工單位密切溝通，保證設計方案的合理性和可實施性。

根據不同的覆蓋場景，青島地鐵R1線民用通信系統分為地鐵車站系統、地下隧道系統和山嶺隧道系統。其傳輸系統的設計綜合考慮運營商傳統傳輸系統設計思想和傳輸設計的成功經驗，并進行大膽創新，成功提出并運用了一些新的設計理念。

地鐵車站系統光纜線路方案外來光纜接入點統一設置。由民用通信機房至車站出入口通信人井布放一條144芯光纜，車站出入口通信人井就近設置576芯光纜交接箱，144芯光纜全部成端，三家運營商每家48芯，滿足各家運營商靈活組網和光纜接入需求。

光纜系統設計摒棄了傳統的線型結構纖芯遞減的144芯+96芯+72芯組網結構，采用了線型結構纖芯無遞減的144芯組網結構，為纖芯資源做了適當預留。地下隧道系統和山嶺隧道系統左右線隧道內各布放一條144芯光纜。在此基礎上，提出了光纜分纖點主用纖芯、備用纖芯和保護纖芯的概念：

主用纖芯滿足光纜分纖點無線設備安裝點的纖芯需求；

備用纖芯為主用纖芯提供全程1：1的備份，當主用纖芯失效時直接啟用備用纖芯，也可以滿足新的業務需求；

保護纖芯為主用和備用提供1：1保護，主要是在每個光纜分纖點處設置的壁掛式光纜交接箱往兩個方向不同路由、不同機房的接入，當一個方向的光纜纖芯全部失效時從另一個方向的光纜纖芯接入，保證無線信號覆蓋不中斷。

傳輸設備系統的光纜雙路由保護及端到端備用纖芯預留，保障傳輸設備系統在每個機房的傳輸設備都有來自不同方向、不同路由的光纜接入，并和各運營商的外部原有光纜及設備資源組網形成環網保護，保證整個傳輸設備系統的安全可靠運行。預留的端到端備用纖芯可以滿足緊急情況下的纖芯需求。

光纜分纖點成端按需設計，地下隧道系統、山嶺隧道系統的光纜分纖點有以下兩種成端方式：

方式一：纖芯在光纜分纖點全部成端

三家運營商的纖芯分配明確、維護方便，纖芯使用靈活性較大，但線路系統跳接點較多、衰耗較大，投資相對較高。

方式二：纖芯在光纜分纖點按需成端

線路系統跳接點少，投資相對較少，但纖芯分配相對固定，綜合維護相對困難，易出現運營商之間纖芯亂用的情況。

綜合考慮各方面因素，推薦方式二（纖芯在光纜分纖點按需成端）。

4 思考及展望

青島地鐵R1線傳輸系統的設計參照工信部聯通[2014]586號文《工業和信息化部 國務院國有資產監督管理委員會關于2015年推進電信基礎設施共建共享的實施意見》，在國內業界率先提出并實施了由中國鐵塔公司牽頭、三家運營商配合的建設模式。三家運營商共建一套傳輸系統，在滿足近遠期業務需求的前提下減少了重復建設，提高了通信基礎設施利用率，為三家運營商節約了近2/3的投資。

傳輸系統的設計綜合考慮了光纜芯數及隧道光纜分纖點之間的矛盾，以及后期施工過程中的設計變更，如設備點偏移位置過大、機房至地面光纜交接箱的線路路由不通、隧道內槽道空間小、槽道間距小、是否存在電磁干擾等。光纜選型設計中考慮施工單位技術能力及后期建設單位的維護能力，采用了帶狀光纜，光纜成端費用節約了90%；設計中選擇的GYDTZA53光纜為低煙、無鹵、阻燃，帶加強芯，雙鎧雙護套鎧裝阻燃光纜，充分考慮了地鐵的施工及使用環境，同時可以最大程度地保障在發生自然及意外災害時光纜系統的安全。

隨著無線網絡技術的演進，5G網絡預計將會商用部署，青島地鐵R1線傳輸系統的設計不僅滿足了三家運營商現有無線網絡的各種設備制式的傳輸需求，還兼顧了5G網絡和其他業務長遠的發展需求。

傳輸系統的光纜芯數選擇144芯的方案比選擇144芯+96芯+72芯的方案總投資造價高了15%，但是光纜系統預留的備用資源完全可以滿足5G網絡的需求，同時在每個光纜分纖點都設置了反向保護纖芯，保證在主用纖芯出現故障時直接進行業務倒換。

青島地鐵R1線傳輸系統光纜纖芯分布統計表如表1所示。

青島地鐵R1線開通運營后，由于運營時間和維護保障時間的安排能給予進行傳輸系統光纜部分再建設的施工窗口期很短，施工難度大且周期長；若地鐵配套設施各方面不具備條件，則不能進行再建設。因此，上述適度超前的設計方案在一定程度上避免了未來傳輸系統可能需要根據需求重新建設的問題，同時也避免了投資過大的問題。

隨著各主流廠家現有無線網絡設備制造技術的發展，未來無線系統主設備互聯可能1芯就可以滿足；各種傳輸新技術的演進，比如PON（Passive Optical Network，無源光纖網絡）傳輸技術，未來也可能承載無線系統的需求。現有無線系統有可能部分退網，那么占用的纖芯則可以騰退一部分。

5 結束語

地鐵民用通信系統的設計，尤其是傳輸方案的設計需要通過工程的積累、不斷地優化，用低成本、高保障來滿足民用通信系統對傳輸系統的需求。本文對青島地鐵R1線民用通信系統傳輸設計方案進行了探討，詳細介紹了設計的流程、思想和方案，希望通過本案例直觀、多視角展示出方案的可行性和優缺點，達到舉一反三、交流學習的目的。在傳輸系統建設的過程中還可能會遇到其他問題，需要選擇合理的設計方案，同時積極跟進通信技術的發展，采用新技術來解決。

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