5G公網覆蓋改造工程研究

趙一哲

（天津市郵電設計院有限責任公司，天津 300384）

1 項目建設總體方案

地鐵中人流量較大，對于移動通信的語音以及數據接入需求較高，同時，由于地鐵的結構特征，無法利用外部網絡信號進行覆蓋，因此需要在地鐵中建立相應的信號基站從而滿足地鐵運營以及地鐵用戶的通信需求。原來的宏基站覆蓋無法滿足當前的地鐵通信需求，因此需要利用5G技術對沿線站臺、站廳以及雙向隧道內室內覆蓋分布系統進行改造，利用信源以及有源設備有效解決在地鐵站廳以及雙向隧道中的室內信號覆蓋問題[1]。

2 無線網絡建設方案

2.1 覆蓋目標

在規劃無線網絡的覆蓋指標時，需要首先根據各運營商的具體要求進行考慮，若運營商未提出相關覆蓋目標要求，則需要根據如表1所示的無線覆蓋指標要求進行方案設計。一般而言，5G技術背景下地鐵運營商的覆蓋目標為基本消除地鐵內用戶的通信盲區，確保在無線網絡覆蓋區內的98%位置中，在99%的時間內用戶可通過移動智能設備接入網絡，并且在覆蓋區范圍當中，應當具有呼叫正常、切換順暢、掉話率低等特征。

表1 無線網絡覆蓋指標要求

2.2 鏈路預算

在開展地鐵無線網絡中的鏈路預算時，應當遵循以下幾點要求。

隧道內鏈路主要包括上行鏈路以及下行鏈路，其中下行鏈路指的是從基站至移動手機間的鏈路，上行鏈路則是指從移動手機至基站的鏈路，在進行鏈路運算時，應當對各隧道內影響下行鏈路以及上行鏈路的各項鏈路預算影響因子進行詳細分析，判斷各鏈路影響因子的影響效力。

在明確最大允許空間路徑損耗后，需要以此為根據核算單天線的覆蓋能力，并且綜合考慮各系統的覆蓋需求，求出相應的天線覆蓋半徑。

在開展鏈路預算時，需要綜合考慮頻段、輸出功率、接收靈敏度、噪聲容限等參數的影響，使得系統中各制式的上/下鏈路能夠在系統運作過程中保持平衡，從而保證通信信號的穩定性。

3 線路干擾分析

3.1 系統間干擾簡介以及解決方法

（1）雜散干擾。雜散干擾指當干擾系統發射機中的非線性器件在其發射頻段以外較寬范圍內產生雜散發射時，若此類雜散發射頻率正處于被干擾系統接收頻段當中，則將提升接收機的噪底，從而降低其接收靈敏度。通常而言，可以通過降低發射電平來避免雜散干擾對信息傳遞的影響。

（2）互調干擾。在系統非線性的條件下，多個不同頻率干擾信號將合成出與有用信號相同或相似的頻率組合，當其落入到相鄰系統的上行頻段時，所產生的干擾即為互調干擾。互調干擾可能會使接收機出現信噪比下降的現象。

（3）阻塞干擾。若對接收機端施加較強的功率信號，將導致接收機鏈路在非線性狀態出現飽和，從而出現非線性失真，并且在信號強度過大時，將出現振幅壓縮現象，使得接收機過載，此即為阻塞干擾，其干擾效果為接收機的增益下降。

系統間的最終干擾隔離度為以上三種干擾的最大值。此外，可以通過對系統端口進行隔離從而有效解決雜散干擾以及阻塞干擾問題，由于互調干擾信號產生于無源器件，因此一般情況下可以通過使用高品質的系統器件，從而達到減少互調干擾的目的，但也存在互調干擾過于嚴重而無法通過器件規避的情況[2]。

3.2 公網通信系統和地鐵專網系統間干擾分析

兩個系統間的隔離度要求如表2所示，由此可知，在對公網系統對專網通信系統的干擾進行分析時，主要需要考慮雜散隔離度，而通過對公網系統端口隔離度、公網漏纜與地鐵專用系統間的空間隔離度進行綜合考慮和控制，能夠確保公網系統不會對專網系統造成干擾。同理，在分析專網系統對公網系統的干擾時，可以通過隔離度公式得出最大隔離度要求，并且再對二者的器件損耗、饋線損耗、漏纜耦合損耗等因素進行綜合考慮，通過控制專網通信系統和公網漏纜的空間間隔、空間隔離度，從而避免專網各系統對公網系統造成干擾。

表2 系統間隔離要求

3.3 系統間干擾隔離原則

（1）雜散干擾規避準則：應當保證被干擾基站所接收到的雜散輻射信號低于其接收機底噪7 dB。被干擾終端接收到的雜散輻射信號強度不應當高于其接收機底噪。

（2）互調干擾規避準則：在被干擾基站生成的三階互調干擾電平比它的接收機底噪低7 dB。

（3）阻塞干擾規避準則：被干擾基站從干擾基站接收到的總載波功率應比接收機的1 dB壓縮點低5 dB。

若滿足以上規避準則，則受干擾基站的靈敏度下降幅度將不高于0.8 dB，能夠有效滿足通信系統要求。

4 器件選型要求

在選擇POI設備、分布式系統器件時，其首要的考慮標準是各設備器件的工作頻率范圍、插入損耗、端口隔離度、功率容量、特性抗阻等參數，需要保障各設備器件滿足地鐵公網覆蓋指標要求，從而有效保證通信性能，降低系統干擾。

在選擇漏纜型號時，由于安裝后漏纜的維修以及更換的成本較高，因此需要確保漏纜的使用壽命，使其能夠有效抵抗各項環境干擾。漏纜的選型首先需要關注其機械物理性能以及環境性能的指標條件，其中包括漏纜的低溫彎曲能力，抗高、低溫沖擊能力，重復彎曲能力，耐燃燒性，抗壓性以及防震能力，應當根據各項通信設備安裝規范開展性能測驗，確保其符合相應的文件標準。

5 器件安裝要求

5.1 有源設備以及無源器件安裝要求

在進行有源設備安裝時，應當將其盡可能安裝于機房內部，同時選擇便于設備調測、維護、散熱的安裝位置。

在進行無源器件的安裝時，需要盡量將其安裝于室內，同時應當禁止將其進行懸空放置，若必須置于室外，則需要針對室外環境對其進行防水和防雷保護。需要利用扎帶將在線槽中布放的無源器件進行固定，同時盡量將功分器、耦合器、合路器安裝于樓層的弱電井中，同樣使用扎帶以及固定件進行固定。在多網合路點上根據合路確定要求做好合路端口的預留開口，并且將其用轉接頭接好。

5.2 天線安裝要求

室內天線在安裝時需要盡可能采用吊架固定的方式，其吊掛高度應當低于安裝場景中的障礙物，從而保障天線的輻射特性，同時天線吊架和支架應當保持垂直，在安裝時需要確保兩者整齊牢固且無傾斜現象。室外天線則需要在室內天線安裝要求的基礎上進行防水以及防雷處理，其中防水可以通過在天線接頭上使用較多的防水膠帶來實現。

為達到MIMO技術的應用效果，上/下行天線間距至少為1.2 m，當現場安裝條件受限時，同一點位的兩天線間距最小值應為0.6 m，若現場條件允許，上/下行天線間距應達到1.5 m。

5.3 饋線布放要求

在實際安裝過程中，設計圖上的饋線長度要求僅可作為參考，其具體的饋線長度的剪切值則應當通過現場實量后確定。站廳、站臺、天花吊頂內的饋線應當沿弱電線槽布放，若無弱電線槽，則需要套鍍鋅鋼管布放，使用鋼絞線將其棚頂固定。當沿弱電井布放饋線時，每隔1 m設加固點，確保其安裝平直，盡量減少彎曲，若饋線必須彎曲，則應當確保饋線彎曲角圓滑。同時，為避免強電、強磁干擾，需要確保饋線在布放時遠離此類設施。另外，在布放過程當中，需要將電力線和信號線分開，將二者分孔洞敷設，若必須將電力線和信號線一同布設，則需要采取可靠的隔離措施，避免二者間出現干擾。

5.4 泄漏電纜布放要求

為保障通信信號在列車車廂的覆蓋效果，需要對泄漏電纜的高度進行規劃，將其控制在列車車窗上沿和下沿之間，從而使得泄漏電纜的信號可以經由列車的車窗輻射進入列車。列車車窗高度通常在2～2.8 m之間，在選擇其具體高度時，還應當綜合考慮隧道壁中原設備的位置以及公網與專網的隔離要求，從而選定合適的布設位置。當隧道內無內襯砌面時，需要使用鋼絲承力索吊掛漏纜，每隔1 m安裝吊掛卡具。

6 切換區域的控制及其優化方案

當移動用戶處于通話狀態時，若用戶從一小區移至另一小區，為確保通話的連續性，系統需要將該MS的連接控制進行即時轉移，這種過程即為切換，其目的在于保證通信網絡的全覆蓋。通信切換的要點包括對新小區的識別以及新信道的分配。

6.1 乘客出入地鐵站的切換

如圖1所示，當行人在出入地鐵站廳或換乘站廳、站臺時，通信信號在自動扶梯運動期間將出現瑞利衰落，同時還伴隨著由于人群擁擠而出現的信號衰落，使得通信信號強度降低，甚至出現通話中斷現象。

圖1 乘客出入地鐵站切換示意圖

其原因在于信號重疊區域（切換區）不夠，因此可以通過在車站出入口附近設置天線方式，保證站廳信號和站外信號交疊區處于出入口通道附近。

6.2 站臺間切換

如圖2所示，在行人于地鐵站內移動時，由于地鐵站內空間小流量較大，因此不免會遭遇切換場景，為保證行人通話連續性，應當確保兩小區信號重疊區邊緣強度在指標要求之內，從而保證信號能夠進行無間斷切換。

圖2 站廳與站臺切換示意圖

6.3 隧道區間兩小區之間的切換

當信號在隧道區間兩小區之間進行切換時，為保證信號的連續性，需要通過控制泄漏電路的輸出功率來保證乘客能夠獲得平滑的切換通信服務。其中需要確保兩小區空間內整個隧道的漏纜保持接通狀態，其具體機制為當列車經過隧道中段時，原小區信號逐漸減弱，切入小區的信號逐漸增強，為切換預留出足夠的時間，從而避免移動終端因為切換時間不足造成掉話。

7 結束語

利用5G技術對地鐵公網進行改造，可構建更大容量以及更低時延的通信系統，解決當前由于移動終端數量大幅增長所帶來的數據業務壓力，為用戶提供更為高效便捷的通信服務。同時，在進行地鐵5G公網覆蓋改造時，應當充分結合地鐵場景中的各項通信需求，在設計上進行針對性調整，從而保障其通信質量。