地鐵5G 傳輸網絡建設方案探討*

朱 波

（中訊郵電咨詢設計院有限公司上海分公司，上海 200050）

0 引 言

當前，5G 技術已經日趨成熟，而地鐵中的5G覆蓋呈現很多特點。由于運營商自建光纜難度很大，租用地鐵公司光纜租金較高，因此有必要探討適用地鐵場景特點的傳輸網絡建設方案。

1 地鐵5G 無線覆蓋方案

地鐵線路高架和地面部分可由宏站覆蓋，地下部分需要建設室分覆蓋。目前，5G 室分的主流是有源室分系統，以華為Lampsite、中興Qcell、愛立信Dot 為代表，設備默認都支持2T2R，可軟件控制升級至4T4R。地下部分一般可分為站臺、站廳和隧道3 種區域。以華為產品為例，3 種區域的典型覆蓋方案如下。

站臺。5G 信號要求能夠穿透地鐵列車，因此采用功率較大的Easymacro 天線，見圖1。

圖1 Easymacro 覆蓋站臺示意

站廳。通常采用Lampsite 系統。Lampsite 由BBU、RHUB 和PRRU 共3 部分組成。PRRU 安裝在站廳吊頂上，重點覆蓋自助售票機、閘機口處等高數據需求區域，見圖2。

圖2 Lampsite 系統覆蓋站廳示意

隧道。和2G、3G、4G 類似采用泄漏電纜，但傳統的13/8 泄纜截止頻率為2.7 GHz，僅能承載移動2.6 GHz 頻段，不能承載電信和聯通的3.5 GHz 頻段，因此聯通和電信采用5/4 泄纜，覆蓋距離比2G、3G、4G短，如圖3所示。計算表明，斷點距離可設為300 m。為實現MIMO 技術，可布放2 ～3 條泄纜。泄纜高度建議位于列車車窗上沿和下沿之間，沿隧道壁水平安裝，每隔1 m 設置1 個普通卡具，每隔10 m設置1 個防火卡具。為保證MIMO 的效果，建議泄纜間距大于0.5 m[1-2]。主要無線設備參數見表1。

每個地鐵地下站配置1 端5G BBU、3 個Easymacro、2 個RHUB 和若干個PRRU。

2 無線對傳輸需求

每個地鐵站無線對傳輸的需求見表2。

圖3 泄漏電纜覆蓋隧道示意

表1 主要無線設備參數表

表2 傳輸需求表

3 現有傳輸資源

通信運營商一般租用地鐵站點的機房，安裝設備建設5G 傳輸網。各地鐵站點間呈線形結構，通常有地鐵公司的1 條上行和1 條下行通信光纜。通信運營商租用地鐵公司的光纜，很難在地鐵隧道中自建光纜，纖芯租金較高，是地鐵5G 覆蓋傳輸網的顯著特點。傳輸網絡建設必須針對這個特點提出最優的建設方案。

4 傳輸建設方案

假設某地鐵線路有26 個地鐵站和1 個控制中心。地鐵控制中心北側有10 個地鐵站，南側有20個地鐵站，站距為1.5 km，見圖4。4G 已經覆蓋，本次只建設5G。

圖4 某地鐵線示意

總體原則是控制中心建設2 端匯聚設備上聯核心。為保證安全性，傳輸IPRAN 接入環上節點不超過10 個（含匯聚），環＋鏈上節點不超過20 個（含匯聚）。下掛的單條支鏈不超過2 級，每個環上節點下掛支鏈數不超過3 條。

4.1 方案1：DRAN 模式

每個地鐵站均建設1 端接入IPRAN 設備，合計26 端，租用上行光纜和下行光纜各2 芯，使IPRAN 成環，見圖5。為遵守環上節點不超過10個的總體原則，控制中心以北2 個節點掛需要鏈，以南組建2 個環。無線BBU 安裝在各地鐵站[3]。

圖5 方案1：IPRAN 組網示意

4.2 方案2：CRAN 模式

為節約IPRAN 的設備數量和投資，采用CRAN模式[4]。每3 個地鐵站建設1 端接入IPRAN 設備，合計8 端，見圖6。

圖6 方案2：IPRAN 組網示意圖（也適用方案3、方案4）

無線BBU 集中安裝在有IPRAN 的站點（如圖6 和圖7 中站1 和站3 的BBU 安裝在站2）。沒有IPRAN 的站點，BBU 和RHUB/Easymacro 之間通過光纜連接。

圖7 方案2：無IPRAN 設備站點無線接入示意

以典型的IPRAN 單價和纖芯單位租金測算兩個方案的傳輸投資，對比如表3 所示[4]。

可見，方案2 節約了IPRAN 設備的數量和投資，但需要租用更多纖芯，導致TCO 總成本上升更快。經過計算得知，纖芯單位租金下降至0.011 萬/對芯公里/月時，方案2 才有優勢。地鐵同意這樣的價格是相當困難的，因此有必要建設無源波分，降低租用纖芯數量。

4.3 方案3：無源波分

IPRAN 組網和方案2 相同。無線設備BBU 集中安裝在有IPRAN 的站點，沒有IPRAN 的站點BBU 和RHUB/Easymacro 之間建設無源波分連接，見圖8。

表3 方案1 和方案2 投資對比表

圖8 方案3：無IPRAN 設備站點無線接入示意圖

每個Easymacro 配置相應波長的彩光模塊。3個不同波長的信號通過復用器合成后，使用1 芯光纖傳至BBU 側，解復用后接入相應端口。反向類似，BBU 配置另外3 個波長的彩光模塊，使用同1 芯傳傳至3 個Easymacro。25G 無源波分可使用6 個波，因此需要2 套。使用無源波分能顯著降低租用纖芯的數量。

4.4 方案四BBU 光纖直驅

IPRAN 組網和方案2 相同。但是，無線BBU安裝在各地鐵站，沒有IPRAN 的站點BBU 光纖直驅至IPRAN 設備，見圖9。方案3 和方案4 投資對比，如表4 所示。

圖9 方案四：無IPRAN 設備站點無線接入示意

可見，方案四需總投資最少，但BBU 和IPRAN不在同一機房，涉及傳輸和無線管理分工界面及故障定位問題。

4.5 同時建設5G 和4G 的場景

假設該地鐵線為新建新路，4G 也沒有覆蓋，本次可同時建設5G 和4G。此時，每個地鐵站無線再增加1 端4G BBU。

對上述4 個方案的影響如下。

（1）方案1 ～方案4：每端IPRAN 均需要配置GE 板，單價增加0.2 萬元。

（2）方案2：無線至相鄰站光口數量翻倍。

（3）方案3：無源波分由2 套6 波25G 改為2套6 波25G ＋6 波10G，單價增加0.2 萬元。

（4）方案4：無線至相鄰站光口數量翻倍。

方案1 ～方案4 投資對比，如表5 所示。

表4 方案3 和方案4 投資對比

表5 方案1 ～方案4 投資對比表（建設5G 和4G）

可見，方案2 的TCO 總成本更高，且部分段落需要使用24 芯光纖，各地鐵站之間可能難以滿足一家運營商如此多的纖芯需求，不予推薦。

4.6 其 他

上文方案2 ～方案4 每3 個地鐵站建設1 端接入IPRAN 設備，類似可以每5 個地鐵站建設1 端接入IPRAN 設備。經過分析得知，增加的光纖租金多于節省的IPRAN 設備投資。另外，無線設備廠家不同，設備形態不同，無線至相鄰站光口數量會有所不同，但分析方法類似不影響主要結論。

5 結 語

從投資角度考慮，方案3 和方案4 較低。從安全性角度考慮，方案1 最優，方案3 和方案4 相對較差。必須結合無線設備特點、地鐵空閑纖芯數量、租金、安全性要求，選擇適合各地不同要求的方案。