地铁项目5G设计方案浅析

刘 伟 福建省邮电规划设计院有限公司 福州市 350003

0 引言

地铁是指以地下运行为主的城市轨道交通系统，即“地下铁道”或“地下铁”的简称。地铁作为一种城市公共交通，人流密度大，尤其上、下班高峰期间是人流密度的高峰期，话务具有突发性。在周末时段往往会出现业务量突发的情况，容易产生网络拥塞等问题。作为公共交通基础设施，大部分地铁场景民用通信网络覆盖由铁塔公司主导建设。

1 场景分类

地铁一般包含车站、地下区间隧道两类场景，以浅层（0米-负10米）与次浅层（负10-负30米）建设为主。车站又可分为站厅层、设备层、站台层，为了保证安全和舒适性一般选择在浅层建设。区间隧道分为左右两条线路，一般情况下为单洞单轨隧道。出于安防及紧急避难等考虑，一般选择在次浅层建设。

2019年6月，三大运营商5G商用牌照下发。移动的5G主要频段为2515-2675MHz（移动LTE 60M+NR 100M）。电信/联通5G主要频段为3400-3600M，由于传统室分系统不满足3.5G频段室分建设，也有部分省市重耕2.1G频段（2110-2170MHz共60M）。

图1 运营商频谱资源

目前5G室分系统建设一部分是在存量室分系统的基础上叠加，也有新建整个地铁的室分系统。存量室分系统部分是采用传统无源室分方案，此类系统向5G演进存在三个主要问题。一是高频段信号路径损耗过大，基站信源功率难以满足，二是现有器件不支持高频段，最高支持2.7Ghz频段，不支持5G高频段。三是5G室分高阶MIMO（4×4）需要布放多套室分系统，在工程上尤其是地铁场景难以实现。

目前的5G地铁室分系统采用新型有源室分系统，由基带处理单元、中继扩展单元、射频天线一体化单元三级网元组成。主流应用为华为Lampsite和中兴QCell。新型室分支持频段为800M-3.5G，使用光分布系统，避免了高频段的损耗，是目前主流的系统建设方式。

2 车站场景设计方案

车站分为站厅层、设备层、站台层。站厅层：客流集聚场所，为乘客提供售、检照等服务的场所，一般为规则的长方体型建筑结构，公共区及出入口位于长方体中部，两端为设备区。设备层：为地铁内安防、通风、电气、信号等专业的设备布置层，一般是大型枢纽车站为机房集中资源管控以及便于综合布线所增设。站台层：为列车停站及客流集散场所，按路轨与站台的相对位置又可分为岛式站台、侧式站台，一般为规则的长方体型建筑结构。

室分系统以华为Lampsite系统为例，网元主要包括BBU、Rhub、PRRU，分布在车站各层。

图3 地铁场景系统示意图

BBU等主设备全部集中安装于地铁通信机房内。

RHUB分别安装于各层弱电/配电间的机架内，BBU到RHUB采用机房集中远供电方式，传输方式采用光缆进行信号传输。

PRRU安装于车站内吊顶下端，RHUB到PRRU通过光电复合缆/网线进行集中供电及信号传输，移动2/3/4/5G PRRU、电/联5G PRRU均部署一条光电混合缆。PRRU按20-25m间距进行布放，各运营商间同一点位各频段PPRU按间距0.5米进行布放。PRRU点位与存量DAS系统间距1.5米进行布放。为保证连续覆盖，对于车站出入口等切换区域加装PPRU引导切换。

3 隧道场景设计方案

地铁区间隧道通常宽度约4.5米，高度约5米。地铁站与站之间的距离在800米至3公里不等，市区的站间距较小，郊区的站间距较大。根据隧道断面形状划分有矩形隧道、圆形隧道、马蹄形隧道等类型，隧道两侧分别安装有弱电电缆托架与强电电缆托架，民用通信专业占用弱电电缆托架及弱电侧的空间资源。

3.1 漏缆选型

地铁隧道在5G商用前主要采用13/8"漏缆覆盖，但13/8"漏缆截止波长在2.9GHz左右，不支持3.3GHz—3.6GHz频段。因此需要采用更小尺寸漏缆以满足截止波长需求。原有5/4"漏缆没有考虑5G传播，在传输衰减和耦合损耗两个重要的指标上，反映在2.7-3.6G频段上很差，不能满足覆盖要求。铁塔集团总部推动引导产业链研发5G新型5/4"漏缆：采用分段耦合专利技术和高频优化技术，让5G高频段达到现有4G同等覆盖距离（500米以上），率先实现了5G高频段与现有4G同等覆盖距离，解决了5G高频段隧道覆盖难题。

隧道内的漏缆方案众多，需根据现网系统和改造方案进行选择。分为改造和新建两种场景，典型的主流漏缆方案有以下几种：

改造隧道场景：已经有室分系统，承载2/3/4G 系统，通常是2根13/8"的漏缆。改造方案一是增加两根5/4"漏缆，承载5G（移动2.6G和电信联通3.5G频段），此方案覆盖电平均匀，但投资较大。改造方案二是不增加漏缆，增加5G信源和隧道天线，一般为现有4G信源数量的两倍。此方案施工效率高，但覆盖不均匀，在5G信源、传输及电源配套投资较大。

新建隧道场景：方案一是新建两根5/4"漏缆承载三家运营商的2/3/4/5G系统，该方案漏缆内公网频段过多，各频段KPI恶化严重。方案二是新建两根5/4"漏缆承载三家运营商的2/3/4G系统，新建两根5/4"漏缆承载三家运营商的5G系统，该方案漏缆投资极大、隧道空间难以满足4根漏缆的安装，漏缆空间隔离度不够。

图4 漏缆设计方案

3.2 传输方案

由于隧道是单洞单轨隧道，光缆铺设有多种方案，一般采用2条主干光缆（左、右线各铺设一条），形成保护环网。具体实施方面，机房侧光缆可采用全进全出的敷设方式（车站机房ODF纤芯以全部成端的方式便于运营商灵活分区组网和开站），断点设备安装位置多采用掏芯分歧的敷设方式。主干光缆用于隧道断点（RRU设备安装处）室分设备，运营商机房传输设备组网、备份使用。每个隧道断点处均分配一定数量的芯数。传输设备组网用纤芯在隧道断点处采用直连方式，不断光纤，断点处只成端需求的纤芯。

为减少光缆的断点工作量，光缆分歧处建议采用掏芯的建设方式，断点设备安装处只将本次需求的纤芯引接至光缆引接点光交箱，其余纤芯做好纤芯保护后直达下一个点，不使用的纤芯直连，相较于先断开后熔接的方式，节省了大量的熔纤工作量。此方式对于施工技术提出了较高要求。

3.3 电源系统

隧道内部供电系统由电力电缆及节点交流配电箱组成。节点交流配电箱由机房内基站总交流配电屏/箱取电，可用两相或三相电，一般使用三相电。鉴于隧道场景维护较为复杂，例如配电箱采用人工抄表方式很难实施，故基本采用大容量配电箱及智能计量系统，交流配电箱均具备电力分路计量及无线回传功能，可以把配电箱的电流值、功率值等信息通过无线方式传输到动力环境监控设备，再上传到后台管理系统。地铁隧道以星型或中继链式的方式依次在该段隧道交流配电箱成端。电力电缆采用无卤低烟阻燃铠装电缆，电缆截面的选择根据设备典型功耗、电缆敷设距离等因素综合考虑。

4 结束语

铁塔5G室内分布系统的建设需要各方通力合作，承建方和运营商共同商讨，在方案确定过程中充分有效沟通，最终达成让各方满意的方案。方案的选择不是绝对的，每种方案都有自身的优势和劣势，各地的方案在频率、设备、漏缆等选择上均会有差异，需要因地制宜的制定适合现网条件的建设方案，在保证功能实现的情况下尽可能的节省建设投资。