存量地鐵隧道5G 覆蓋探析*

李 宗，劉海龍

（廣州杰賽科技股份有限公司，廣東 廣州 510310）

0 引言

截至2020 年底，重慶已開通運行8 條地鐵線路，里程超400 km。除2020 年新開通線路同步開通4G/5G 網絡外，其余線路均無5G 網絡覆蓋。重慶地鐵5G 覆蓋布局采取點、線、面逐步推進覆蓋方案，即2020 年完成點層面站廳站臺覆蓋，2021 年完成線層面軌行區覆蓋，最終形成地鐵網絡的全面覆蓋[1]。其中，站廳站臺使用數字化室分覆蓋，軌行區使用射頻拉遠單元（Radio Remote Unit，RRU）+分布系統（或者天線）方式覆蓋。需要注意，軌行區原有漏纜只支持800～2 700 MHz 頻段，不支持 3.5 GHz 頻段。

當前地鐵隧道主要有3 種覆蓋方式，且各有優劣。第1 種方案新增或者替換漏纜，覆蓋好，信號穩定，但協調難度大，施工周期需要1 年以上，且投資花費高；第2 種方案新增3.5 GHz RRU+貼壁天線方案，協調簡單，施工進度快，投資少，但方案未經驗證，不能確定最佳斷點距離、隧道有彎道時覆蓋是否達標和安全等；第3 種2.1 GHz NR 2/4TR 信源合路現有漏纜方案協調簡單、投資少、協調進度快，但因為2.1 GHz 頻段窄、速率低，電聯聯合頻段共有45 MHz，與友商差距大，完全不具有可比性[2]。本文將通過對比3 種方案輸出地鐵隧道覆蓋方案應用研究，以更好地指導存量地鐵改造5G 建設工作。

1 方案介紹

1.1 方案1：新建2 路5/4”漏纜方案

方案以2020 年新開通線路6 號線支線二期為試點，主要介紹方案及覆蓋效果。它使用 3.5 GHz NR 2TR+POI+2 根5/4”漏纜覆蓋，獨立組網（Standalone，SA）。該線路隧道總長3 km 左右，共使用16 臺RRU。

1.1.1 RRU 設備選型

本次地鐵試驗段采用華為2×100 W 2T2R RRU5262 設備，相關參數如表1 所示[3]。

表1 RRU 設備的相關參數

1.1.2 POI 設備選型

POI 是漏纜分布系統的重要器件，對多家共建共享的整體性能和效果有重要影響，另外考慮了電聯4G 共建共享及后期開通2.1 GHz NR 網絡等[4]。POI 器件3 階互調抑制為無源互調（Passive Intermodulation，PIM），應不大 于-155 dBc＠+43 dBm×2。

1.1.3 泄露電纜選型

本期采用支持5G（800～3 600 MHz）的5/4英寸泄漏電纜。

1.1.4 斷點設置

根據各系統的發射功率、器件性能、覆蓋指標要求[5]，對照新型5/4 泄漏電纜的性能指標，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2 所示。考慮到5/4 泄漏電纜應用少，目前無可借鑒的數據和方案，從確保覆蓋達標的穩妥性和功率控制減小功率的角度考慮，軌行區的漏纜開斷點距離按400 m 左右考慮，具體斷點如圖1所示。

圖1 隧道設備安裝斷點設置

表2 各接入系統設備的漏纜覆蓋距離

1.2 方案2：新建3.5 GHz RRU+貼壁天線方案

本方案以6 號線（茶園-邱家灣）段為試點，全長1.3 km，使用3.5 GHz NR 8TR +貼壁天線覆蓋，SA組網。方案共使用2臺RRU，4面4端口貼壁天線。

1.2.1 RRU 設備選型

本次地鐵試驗段采用華為8×30 W 2T2R RRU5828 設備，具體參數如表3 所示。

表3 主設備參數

1.2.2 貼壁天線設備選型

本次地鐵試驗段貼壁天線的具體參數如表4所示[6]。

表4 天線設備參數

1.2.3 斷點設置

6 號線茶園至邱家灣區間，總長度1.3 km，共計2 個斷點，斷點間距700 m，斷點位置如圖2 所示。

圖2 斷點位置

新增RRU 設備每個帶兩面4 端口天線，天線安裝在原有雙路漏纜之間，安裝系統如圖3和圖4所示。

圖3 設備安裝現場

圖4 設備安裝系統

1.3 方案3：新增2.1 GHz NR 2/4TR 信源合路現有漏纜

本方案以6 號線（茶園-邱家灣）段為試點，全長1.3 km，使用2.1 GHz NR 4TR+電橋+原有13/8 漏纜覆蓋，SA 組網。方案共4 臺RRU 使用電橋，在POI 后端合路原13/8 漏纜。

1.3.1 RRU 設備選型

本次地鐵試驗段采用華為4×80 W 4T4R RRU5916 設備，具體參數如表5 所示。

表5 主設備參數

1.3.2 斷點設置

6 號線茶園至邱家灣區間，總長度1.3 km，共計4 個斷點，R1與R2斷點間距700 m，另有兩個斷點在茶園站臺和邱家灣站臺，斷點位置如圖5 所示。

圖5 漏纜斷點設置

1.4 3 種方案覆蓋方式對比

綜合比較3 種方案，它們的設備形態和覆蓋方式各不相同，詳細對比如表6 所示。

表6 不同方案覆蓋方式對比

2 試點方案測試及分析

2.1 測試結果

經現場測試，從覆蓋性能方面分析，方案1是最佳方案，參考信號接收功率（Reference Signal Receiving Power，RSRP）均值和下載速率均值均為最佳，覆蓋電平值比較平穩，下載速率較高；方案2 略差，因方案使用天線且斷點距離過長，在兩個斷點中間位置出現電平值不達標的情況；方案3 電平值全部達標，但是因為方案帶寬受限，下載速率太低，無法體現5G 高下載速率的優勢。具體測試結果如表7 所示。

表7 不同方案測試結果指標表

2.1.1 RSRP 與下行速率情況

（1）方案1：3.5 GHz 2TR+5/4 漏纜方案

RSRP 最強-66.55 dBm（斷點位置），最弱 -96.3 dBm（兩斷點之間），平均值-80.15 dBm；下行速率峰值1 018.87 Mb/s（斷點位置），最小值359.23 Mb/s（兩斷點之間），平均值667.64 Mb/s。

（2）方案2：3.5 GHz 8TR+貼壁天線

RSRP 最強-62.5 dBm（斷點位置），最弱 -112.22 dBm（兩斷點之間），平均值-88.26 dBm；下行速率峰值726.19 Mb/s（斷點位置），最小值146.06 Mb/s（兩斷點之間），平均值515.17 Mb/s，如圖6 所示。

圖6 新增定向天線方案測試結果

（3）方案3：2.1 GHz 4TR+13/8 漏纜

RSRP 最強-78.6 dBm（斷點位置），最弱 -104.13 dBm（兩斷點之間），平均值-89.16 dBm；下行速率峰值194.33 Mb/s（斷點位置），最小值51.01 Mb/s（兩斷點之間），平均值147.99 Mb/s，如圖7 所示。

2.1.2 性能測試對比

（1）RSRP和SINR對比

不同方案的RSRP和信號與干擾加噪聲比（Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR）各不相同，分別如圖8 和圖9 所示。

圖8 不同方案SINR 對比結果

圖9 不同方案RSRP 對比結果

3 種方案RSRP均值都在標準范圍內。以RSRP為評價標準，方案1 最優。3 種方案的SINR均值都在標準范圍內。以SINR為評價標準，方案2 最優。綜合評價RSRP和SINR指標，3種方案中方案3最差。

（2）下載速率對比

不同方案的下載速率各不相同，如圖10 所示。

圖10 不同方案下載速率對比結果

3 種方案下載速率對比發現：方案1 和方案2速率較高，可以體現5G 高下載速率優勢；方案3下載速率低，與4G 相比優勢不大，未能體現明顯優勢。

2.1.3 測試結果分析

覆蓋性能方面，3 種方案的RSRP均值和SINR均值均較好，適合地鐵軌行區5G 改造方案。

感知性能方面，方案1 和方案2 下載速率在500 Mb/s 以上，方案3 在150 Mb/s 左右。方案3 僅優于驗收標準，與友商 2 600 MHz 頻段下載速率差距較大，不建議應用于地鐵軌行區。

歸納上述中央和國務院近年內連續出臺的關于水問題的各項改革舉措，可以說是歷史上空前的，客觀上講這也是歷史的必然抉擇，是國家最高決策層不失時機、實事求是地抓住了水資源這個束縛經濟社會發展的核心瓶頸問題。因此，充分認識到水權明晰、界定與交易的重要性和所面臨的問題十分重要。

2.2 地鐵隧道5G 覆蓋方案選擇

重慶現網已開通8 條地鐵線路，軌行區180 km。8 條線路軌行區原覆蓋方案，如表8 所示。

表8 重慶8 條線路原覆蓋方案

在覆蓋達標的情況下，軌行區5G 升級改造方案主要考慮了協調情況、建設成本、運維成本、隧道施工條件以及施工周期等方面[7]。

本文選取6 號線（曹家灣-蔡家）段為樣板，模擬3 種方案建設，從多個方面對比3 種方案。

6 號線（曹家灣-蔡家）總長度4 054 m，經過曹家灣和蔡家兩個站臺。原4G 網絡共有18 個斷點（雙洞），斷點距離在600 m 左右。

2.2.1 3 種方案覆蓋性能對比

3 種方案信號覆蓋性能各不相同，具體性能對比如表9 所示。

表9 3 種方案信號覆蓋性能

方案2 試點的斷點距離為700 m。在綜合考慮鏈路預算、測試時乘客多寡以及測試人員位置等多方面因素后[8]，將方案2 斷點距離設置 為600 m。

2.2.2 設備數量及斷點數量對比

3 種方案所使用的設備數量和斷點數量各不相同，具體如表10 所示。

表10 備數量及斷點數量對比

從3 種方案來看，方案1 不僅設備數量多，而且需新增斷點。

2.2.3 投資估算對比

3 種方案的投資對比如表11 所示，數據為每千米的造價。

表11 不同技術方案配套投資對比表（單位：萬元）

從3 種方案的投資對比來看，方案1 的造價極高，是另外兩種方案的1 倍以上。

2.2.4 協調及施工周期對比

通過前期與軌道集團的接觸溝通，對3 種方案的施工協調難度進行初步判斷。施工周期按照軌道公司對已開通運行線路的管理，每周有2～3 個作業令，每個作業令時長4.0～4.5 h。3 種方案預計的施工周期如表12 所示。

表12 不同方案施工周期對比表

3 結語

通過對比3 種方案的綜合覆蓋效果、用戶感知及投資建設難度，建議重慶存量地鐵隧道選擇方案2 進行5G 改造，主要有以下優點：

（1）覆蓋效果較好，下載速率在500 Mb/s 以上，可以較好體現5G 高速率優勢；

（2）投資小，相對漏纜方案可節約大量投資；

（3）無需更換POI，無需更換或新增漏纜，施工周期短，協調方便，對原有系統干擾影響最小。

此外，在隧道有較大彎度的地點，需要新增設備及天線，以達到最佳的覆蓋效果。