地鐵5G無線網覆蓋方案探討

楊 勇

（山西誠晟通信工程有限公司董，山西 太原 030006）

隨著人們對移動數據流量的需求也與日俱增，地鐵場景已經成為三大電信運營商重要的口碑場景，用戶的無線業務體驗會對網絡形象和企業品牌帶來影響。目前，地鐵網絡需求有2G、VOLTE語音業務需求、4G、5G數據業務需求、4G、5G物聯網需求。語音是基礎性業務，必須要從覆蓋、容量、質量等方面全面保障；數據業務及物聯網業務屬于競爭性業務，是各運營商體現品牌價值、爭奪高端客戶和打造差異化服優勢的重要手段。

太原地鐵二號線是山西建設的第一條地鐵，本地鐵自2016年3月全面開工建設，計劃于2020年12月底開通，太原地鐵二號線一期工程全長23KM，建設23個車站。本文從太原地鐵二號線出發，在保障多運營商、多系統覆蓋的前提下，研究和探討了新建地鐵、改造地鐵的覆蓋建設方案。

1 地鐵覆蓋區域及覆蓋特點和難點

1.1 地鐵覆蓋區域描述

民用通信在地鐵場景中覆蓋區域主要包括隧道洞的覆蓋及地鐵車站覆蓋，地鐵車站區域覆蓋又包括站臺、站廳、辦公區域、檢修區域等的覆蓋。

1.2 地鐵覆蓋特點及難點

（1）地鐵客流量大、尤其是上下班高峰期，對語音及數據業務需求量大，而晚上及非上下班高峰期業務量較低，呈現潮汐現象。

（2）地鐵空間較為封閉，而各運營商網絡制式都較多，在地鐵內干擾較為嚴重。站臺比較空曠，電波傳播基本為自由空間模式，損耗較小，會出現容量和干擾的矛盾。

（3）地鐵只有隧道出入口受到外部信號的干擾，需在出入口做好與地面室外網絡信號切換。

（4）由于地鐵場景為高級公共場所，運營后只有在深夜有很短檢修時間，造成網絡需一次性覆蓋到位同時考慮適當超前建設，且對設備可靠性、維護性要求較高。

2 隧道洞覆蓋

2.1 隧道洞5G覆蓋存在的挑戰

傳統三大運營商2G、3G、4G隧道網絡覆蓋采用POI+13/8低煙無鹵阻燃漏纜覆蓋，5G隧道洞覆蓋存在如下挑戰：

（1）13/8漏纜最大支持頻率為3GHz，只可以承載移動5G頻段，電信、聯通5G頻段為3.4-3.6GHz，13/8泄漏電纜無法滿足電信、聯通5G覆蓋需求。

（2）原隧道內功分器、耦合器等無源器件對于電信、聯通5G頻段插入損耗大，無法滿足覆蓋需求。

（3）原有隧道洞4G覆蓋多為布放2條泄漏電纜，而對于地鐵這種人流量大場景，5G覆蓋存在4*4 MIMO的潛在需求，同時存在地鐵車窗較小，為了保證各制式間的隔離度，部署4條漏纜實現4*4 MIMO的難度也較大。

（4）5G頻率相對原2/3/4G網絡，頻率更高，穿透損耗更大，造成信源間距較2/3/4G更小。

2.2 現有支持地鐵隧道3.5G頻段的覆蓋方案

2.2.1 方案一：POI+5/4漏纜

由于傳統13/8漏泄電纜無法支持3.5GHz頻段5G覆蓋，而5/4泄漏電纜的槽孔進行特殊處理后可支持3.5G頻段的覆蓋，其中覆蓋方案如圖1所示。

圖1 方案一示意圖

目前5/4泄漏電纜分全頻段漏纜和低損耗漏纜，其中全頻段漏攬可滿足800MHz～3.7GHz頻段信號的饋入，低損耗漏攬只滿足1.8GHz～3.7GHz頻段信號的饋入，兩種漏纜250m綜合損耗如表1所示。

表1 全頻段5/4漏攬與低損耗5/4漏攬損耗一覽表

2.2.2 方案二：RRU+窄波束4T4R天線

同時目前可利用RRU+窄波束4T4R天線方案對地鐵場景進行覆蓋，覆蓋方案如圖2所示。

圖2 方案二示意圖

2.2.3 方案一、方案二優缺點對比

表2 方案一、方案二優缺點對比表

2.3 覆蓋方案建議

（1）新建地鐵。人流量大的地鐵建議采用POI+4條5/4漏纜，人流量較小地鐵區域，考慮節約投資，建議采用POI+2條5/4漏纜。

（2）原有地鐵。對于方便施工的地鐵隧道，重新新建2條低損耗5/4漏纜方案承載5G覆蓋網絡，原13/8漏纜承載原來2/3/4G網絡。對于施工存在困難的地鐵隧道，建議采用3.5G RRU+窄波束4T4R天線方案，RRU采用8T8R設備，同時建議進行低頻網絡的5G深耕，保障5G網絡覆蓋。

（3）漏纜及天線安裝位置。地鐵隧道一般較為狹窄，當列車通過時四周剩余空間較小，泄露電纜與天線應安裝于與車窗水平位置，以便盡量減小列車穿透損耗；泄露電纜與泄露電纜之間應考慮系統間干擾，預留一定的間隔；天線應考慮迎風面積并牢固安裝，避免掉落影響列車運行，造成安全事故。

圖3 漏纜及天線安裝示意圖

（4）泄露電纜斷點方案。根據各系統的發射功率、器件性能、覆蓋指標要求，對照5/4漏纜的性能指標，通過鏈路預算確定各接入系統設備的漏纜覆蓋距離，核算結果如表3所示。

表3 5/4漏纜鏈路預算表

根據表3中鏈路預算值，建議泄露電纜斷開長度為430m左右。

（5）窄波束4T4R天線安裝方案。由于天線的覆蓋特性，車廂內接收信號隨著距離天線越遠，下載速率越低，根據現場測試，僅在距離天線350m的范圍內，下載和上行速率可以達到1條泄露電纜速率，如要達到2條泄露電纜速率，距離更近。

3 車站區域覆蓋

3.1 車站覆蓋區域及特點

地鐵車站區域覆蓋包括站臺、站廳、辦公區域、檢修區域的覆蓋，其中站臺、站廳區域人流量較大，辦公區域一般為辦公人員辦公及休息區域，而檢修區域業務需求主要為語音及物聯網業務需求。

3.2 現有車站5G覆蓋方案

目前，地鐵車站2/3/4G覆蓋主要采用有源室分（數字化分布系統）和傳統室分（DAS系統）覆蓋，這兩種方式均不支持5G網絡的直接合路。

對于電信聯通5G的3.5G頻段來說，傳統室分由于饋線和器件的限制均不支持直接合路5G信號。對于移動5G的2.6G頻段來說，現有的傳統室分的器件是可以使用，但是如果要做到4T4R，就需要在現有饋線的基礎上再增加3條同路由的饋線，該方案投資較大。

5G有源室分具有架構簡單、部署快速，大容量并支持小區合并、分裂，軟件靈活擴容等的優點，同時可支持4T4R MIMO，滿足用戶對5G網絡速率的要求。所以5G采用有源室分覆蓋將成為不二的選擇。

3.3 地鐵車站覆蓋方案建議

（1）新建地鐵。對于新建地鐵，建議2/3/4G網絡建設一套有源室分系統，5G單獨建設一套有源室分系統；如只有4/5G網絡需求，可只建設一套有源室分系統，同時滿足4/5G網絡覆蓋，但需考慮4G與5G網絡功率分配應合理。

（2）原有地鐵。對于原有地鐵車站覆蓋，建議原2/3/4G網絡采用原有覆蓋方式覆蓋，5G網絡單獨新建一套有源室分系統。

（3）pRRU間距。可根據車站內不同覆蓋區域的特點、容量需求、吊頂高度、墻體、柱子遮擋等原因合理選擇pRRU間距，其中站廳、站廳區域需考慮容量及干擾因素，適當選擇低功率pRRU，辦公區域及檢修區域，可根據人流量及物聯網等業務需求選擇pRRU間距。

4 隧道洞與車站網絡切換方案

（1）為了避免在列車未進站時泄露電纜與PRRU信號的干擾，在車站區域不建設泄露電纜。

（2）由于設備技術原因，RRU設備與pRRu設備無法劃分同小區，列車從隧道洞進入車站區域時，信號只能采用硬切換方式，建議切換控制在1s以上，在建設時，泄露電纜從隧道洞向車站延申覆蓋25m-30m（需根據地鐵進站速度調整），并在切換區域建設pRRU，保障能夠順利切換。

（3）為了減少切換時延，RRU與pRRU如有條件可上聯于同一個BBU，或將RRU與pRRU上聯的BBU通過后臺做合并。

5 地鐵建設其他注意事項

（1）由于運營后隧道及車站內新敷設光纜困難較大，前期建設時一定要預留足夠纖芯。

（2）地鐵黃金施工時間為地鐵主體裝修快完工時、試運營前進行，故施工窗口期較為緊張，且存在與其他工作交叉施工現象，故建設時四運營商應統一、快速行動，并做到與地鐵建設同步規劃、同步設計、同步實施、同步開通。

6 結束語

地鐵覆蓋場景在前期不同時期、不同網絡制式下，選擇的覆蓋方案也不盡相同，隨著5G網絡的到來以及新的覆蓋方案的出現，也使得可選擇的覆蓋方案越來越多；本文結合現有的覆蓋方式以及各種場景的特點，提出了不同場景的覆蓋建議，但隨著技術的不斷更新，可能會出現新的更適合地鐵場景的建設方案，這就要求我們每個通信人不斷學習、不斷對比選擇最優的覆蓋方案。