地鐵項目5G設計方案淺析

劉 偉 福建省郵電規劃設計院有限公司 福州市 350003

0 引言

地鐵是指以地下運行為主的城市軌道交通系統，即“地下鐵道”或“地下鐵”的簡稱。地鐵作為一種城市公共交通，人流密度大，尤其上、下班高峰期間是人流密度的高峰期，話務具有突發性。在周末時段往往會出現業務量突發的情況，容易產生網絡擁塞等問題。作為公共交通基礎設施，大部分地鐵場景民用通信網絡覆蓋由鐵塔公司主導建設。

1 場景分類

地鐵一般包含車站、地下區間隧道兩類場景，以淺層（0米-負10米）與次淺層（負10-負30米）建設為主。車站又可分為站廳層、設備層、站臺層，為了保證安全和舒適性一般選擇在淺層建設。區間隧道分為左右兩條線路，一般情況下為單洞單軌隧道。出于安防及緊急避難等考慮，一般選擇在次淺層建設。

2019年6月，三大運營商5G商用牌照下發。移動的5G主要頻段為2515-2675MHz（移動LTE 60M+NR 100M）。電信/聯通5G主要頻段為3400-3600M，由于傳統室分系統不滿足3.5G頻段室分建設，也有部分省市重耕2.1G頻段（2110-2170MHz共60M）。

圖1 運營商頻譜資源

目前5G室分系統建設一部分是在存量室分系統的基礎上疊加，也有新建整個地鐵的室分系統。存量室分系統部分是采用傳統無源室分方案，此類系統向5G演進存在三個主要問題。一是高頻段信號路徑損耗過大，基站信源功率難以滿足，二是現有器件不支持高頻段，最高支持2.7Ghz頻段，不支持5G高頻段。三是5G室分高階MIMO（4×4）需要布放多套室分系統，在工程上尤其是地鐵場景難以實現。

目前的5G地鐵室分系統采用新型有源室分系統，由基帶處理單元、中繼擴展單元、射頻天線一體化單元三級網元組成。主流應用為華為Lampsite和中興QCell。新型室分支持頻段為800M-3.5G，使用光分布系統，避免了高頻段的損耗，是目前主流的系統建設方式。

2 車站場景設計方案

車站分為站廳層、設備層、站臺層。站廳層：客流集聚場所，為乘客提供售、檢照等服務的場所，一般為規則的長方體型建筑結構，公共區及出入口位于長方體中部，兩端為設備區。設備層：為地鐵內安防、通風、電氣、信號等專業的設備布置層，一般是大型樞紐車站為機房集中資源管控以及便于綜合布線所增設。站臺層：為列車停站及客流集散場所，按路軌與站臺的相對位置又可分為島式站臺、側式站臺，一般為規則的長方體型建筑結構。

室分系統以華為Lampsite系統為例，網元主要包括BBU、Rhub、PRRU，分布在車站各層。

圖3 地鐵場景系統示意圖

BBU等主設備全部集中安裝于地鐵通信機房內。

RHUB分別安裝于各層弱電/配電間的機架內，BBU到RHUB采用機房集中遠供電方式，傳輸方式采用光纜進行信號傳輸。

PRRU安裝于車站內吊頂下端，RHUB到PRRU通過光電復合纜/網線進行集中供電及信號傳輸，移動2/3/4/5G PRRU、電/聯5G PRRU均部署一條光電混合纜。PRRU按20-25m間距進行布放，各運營商間同一點位各頻段PPRU按間距0.5米進行布放。PRRU點位與存量DAS系統間距1.5米進行布放。為保證連續覆蓋，對于車站出入口等切換區域加裝PPRU引導切換。

3 隧道場景設計方案

地鐵區間隧道通常寬度約4.5米，高度約5米。地鐵站與站之間的距離在800米至3公里不等，市區的站間距較小，郊區的站間距較大。根據隧道斷面形狀劃分有矩形隧道、圓形隧道、馬蹄形隧道等類型，隧道兩側分別安裝有弱電電纜托架與強電電纜托架，民用通信專業占用弱電電纜托架及弱電側的空間資源。

3.1 漏纜選型

地鐵隧道在5G商用前主要采用13/8"漏纜覆蓋，但13/8"漏纜截止波長在2.9GHz左右，不支持3.3GHz—3.6GHz頻段。因此需要采用更小尺寸漏纜以滿足截止波長需求。原有5/4"漏纜沒有考慮5G傳播，在傳輸衰減和耦合損耗兩個重要的指標上，反映在2.7-3.6G頻段上很差，不能滿足覆蓋要求。鐵塔集團總部推動引導產業鏈研發5G新型5/4"漏纜：采用分段耦合專利技術和高頻優化技術，讓5G高頻段達到現有4G同等覆蓋距離（500米以上），率先實現了5G高頻段與現有4G同等覆蓋距離，解決了5G高頻段隧道覆蓋難題。

隧道內的漏纜方案眾多，需根據現網系統和改造方案進行選擇。分為改造和新建兩種場景，典型的主流漏纜方案有以下幾種：

改造隧道場景：已經有室分系統，承載2/3/4G 系統，通常是2根13/8"的漏纜。改造方案一是增加兩根5/4"漏纜，承載5G（移動2.6G和電信聯通3.5G頻段），此方案覆蓋電平均勻，但投資較大。改造方案二是不增加漏纜，增加5G信源和隧道天線，一般為現有4G信源數量的兩倍。此方案施工效率高，但覆蓋不均勻，在5G信源、傳輸及電源配套投資較大。

新建隧道場景：方案一是新建兩根5/4"漏纜承載三家運營商的2/3/4/5G系統，該方案漏纜內公網頻段過多，各頻段KPI惡化嚴重。方案二是新建兩根5/4"漏纜承載三家運營商的2/3/4G系統，新建兩根5/4"漏纜承載三家運營商的5G系統，該方案漏纜投資極大、隧道空間難以滿足4根漏纜的安裝，漏纜空間隔離度不夠。

圖4 漏纜設計方案

3.2 傳輸方案

由于隧道是單洞單軌隧道，光纜鋪設有多種方案，一般采用2條主干光纜（左、右線各鋪設一條），形成保護環網。具體實施方面，機房側光纜可采用全進全出的敷設方式（車站機房ODF纖芯以全部成端的方式便于運營商靈活分區組網和開站），斷點設備安裝位置多采用掏芯分歧的敷設方式。主干光纜用于隧道斷點（RRU設備安裝處）室分設備，運營商機房傳輸設備組網、備份使用。每個隧道斷點處均分配一定數量的芯數。傳輸設備組網用纖芯在隧道斷點處采用直連方式，不斷光纖，斷點處只成端需求的纖芯。

為減少光纜的斷點工作量，光纜分歧處建議采用掏芯的建設方式，斷點設備安裝處只將本次需求的纖芯引接至光纜引接點光交箱，其余纖芯做好纖芯保護后直達下一個點，不使用的纖芯直連，相較于先斷開后熔接的方式，節省了大量的熔纖工作量。此方式對于施工技術提出了較高要求。

3.3 電源系統

隧道內部供電系統由電力電纜及節點交流配電箱組成。節點交流配電箱由機房內基站總交流配電屏/箱取電，可用兩相或三相電，一般使用三相電。鑒于隧道場景維護較為復雜，例如配電箱采用人工抄表方式很難實施，故基本采用大容量配電箱及智能計量系統，交流配電箱均具備電力分路計量及無線回傳功能，可以把配電箱的電流值、功率值等信息通過無線方式傳輸到動力環境監控設備，再上傳到后臺管理系統。地鐵隧道以星型或中繼鏈式的方式依次在該段隧道交流配電箱成端。電力電纜采用無鹵低煙阻燃鎧裝電纜，電纜截面的選擇根據設備典型功耗、電纜敷設距離等因素綜合考慮。

4 結束語

鐵塔5G室內分布系統的建設需要各方通力合作，承建方和運營商共同商討，在方案確定過程中充分有效溝通，最終達成讓各方滿意的方案。方案的選擇不是絕對的，每種方案都有自身的優勢和劣勢，各地的方案在頻率、設備、漏纜等選擇上均會有差異，需要因地制宜的制定適合現網條件的建設方案，在保證功能實現的情況下盡可能的節省建設投資。