地铁３Ｇ通信引入探讨
2009-09-24高世强
高世强
【摘要】随着国内3G牌照的发放，作为人流密集区，地铁上的3G服务日益必要和重要。文章在介绍了3G覆盖系统主要设计技术指标之后，分析了3G信号尤其是TD信号的地铁接入方式和链路预算方案，阐述了直放站与隧道多频分合路器在地铁覆盖系统中的应用。
【关键词】3G 地铁 覆盖 直放站 多频分合路器
2009年1月，工信部正式发放了3G运营牌照，标志着3G在中国正式商业化，同时也拉开了三家运营商全面竞争的序幕。移动运营商的竞争主要在于入网客户数，而客户最关心的则是移动无线信号的覆盖率。地铁作为一个人流密集的区域，和越来越重要的交通工具，已是移动无线信号覆盖的热点地区。
随着地铁线网的形成，客流量高速增长，地下通信日益增多，乘客各类需求急剧增加。地铁在为乘客提供安全、快捷和舒适的交通服务的同时，提供全方位的、不间断的3G服务，将成为其必须配套和关乎乘客满意度的服务，有利于提高地铁综合服务水平。
目前国家对3G频率的分配是：
中国电信CDMA2000：1920MHz～1935MHz和2110MHz～2125MHz，
中国联通WCDMA：1940MHz～1955MHz和2130MHz～2145MHz，
中国移动TD-SCDMA：1880MHz～1900MHz和2010MHz～2025MHz。
1 3G覆盖系统主要设计技术指标
1.1 TD-SCDMA服务质量指标
（1）信号覆盖电平
考虑HSDPA高速数据业务需求，95%以上的覆盖区域P-CCPCH电平RSCP≥-85dBm，C/I>5dB。
（2）移动台最大发射功率
目标覆盖区域内95％以上位置，语音业务移动台发射信号总功率在隧道内应不超过15dBm，其它区域应不超过10dBm；数据业务移动台发射信号总功率不超过20dBm。
（3）上下行误块率（BLER）
对于12.2kbps的语音业务，BLER≤1%；
对于64kbps的CS数据业务，BLER≤0.1%；
对于PS数据业务，BLER≤10%。
（4）切换成功率
地铁内不同信源之间：切换成功率>98％；
室外与室内之间：切换成功率>95％。
（5）接通率
保证覆盖区域内信号强度基本均匀分布，目标覆盖区域内98％的位置、99％的时间移动台可接入网络。
（6）掉话率
忙时话务统计掉话率<1.5％。
（7）信号外泄
地铁覆盖系统不得过度覆盖室外，在距地铁出口10米以外，室内信号的电平比室外信号的低9dB以上。
如地铁出口室外信号较弱，地铁内基站泄漏至室外10米以外的导频信号强度应不高于-95dBm。
（8）上行噪声电平
基站接收端上行噪声抬升值小于3dB。
（9）同步要求
TD-SCDMA系统的同步率必须达到100％。
1.2 WCDMA服务质量指标
（1）信号覆盖电平
要考虑CS12.2K、CS64K、PS384K等业务的连续覆盖；边缘导频功率≥-85dBm，Ec/Io≥-8dB。
（2）移动台最大发射功率
目标覆盖区域内95％以上位置，语音业务移动台发射信号总功率在隧道内应不超过15dBm，其它区域应不超过10dBm；数据业务移动台发射信号总功率不超过20dBm。
（3）上下行误块率（BLER）
对于12.2kbps的语音业务，BLER≤1%；
对于64kbps的CS数据业务，BLER≤0.1%；
对于PS数据业务，BLER≤10%。
（4）切换成功率
地铁内不同信源之间：软/更软切换成功率>98％；
室外与室内之间：软/更软切换成功率>98％，异频硬切换成功率>95％。
（5）接通率
保证覆盖区域内信号强度基本均匀分布，目标覆盖区域内98％的位置、99％的时间移动台可接入网络。
（6）掉话率
忙时话务统计掉话率<1.0％。
（7）信号外泄
地铁内基站泄漏至室外10米处的导频信号强度应不高于-85dBm。
（8）上行噪声电平
在基站接收端位置收到的上行噪声电平小于-103dBm/3.84MHz。
（9）RAB 建立成功率
电路域RAB建立成功率≥98％，分组域RAB 建立成功率≥98％。
（10）业务拥塞率
业务拥塞率≤2％。
2 3G信号地铁接入方式分析
2.1 3G系统接入方式
3G接入考虑的主要是TD的接入，TD的解决了，其他两个系统也就迎刃而解了。所以本文主要分析TD的接入方式。
目前TD引入天馈系统有两种方式：一是采用POI馈入漏缆，二是采用TD接入器合路到天馈系统中。两种方式相比，前者信源需要更大的功率输出，根据目前TD系统产品的特点，采用第二种方式更为合理，可以节省系统功率，获得较远的覆盖范围。
TD-SCDMA系统在地铁内不能使用智能天线，针对TD-SCDMA信号源小功率、多通道的特点，通过TD-SCDMA接入器从POI后端合路到系统链路中，用多个小功率输出通道分别覆盖不同的区域，形成多通道方式。
系统合路方式如图1所示：
2.2 TD接入系统上下行链路比较
TD-SCDMA无论是接入系统上行链路还是下行链路，都要满足各个系统之间的隔离度要求，使各系统能够共容，相互间不产生干扰。TD-SCDMA信号接入系统上行链路时，主要考虑TD下行发射大功率信号杂散落入其他系统上行频段而对其他系统上行信号造成的干扰。TD-SCDMA信号接入系统下行链路时，主要考虑其他系统下行输出功率信号杂散落入TD工作频段而对TD上行造成的干扰。落入系统的杂散功率不能高于本系统的热噪声功率。
TD落入其他系统的杂散功率如表1所示：
从上面两表中可以确定出TD与其他系统间的隔离度要求。为了尽可能减少对2G上行的干扰，还是考虑将TD信号接入下行链路。
3 链路预算技术方案
在3G系统中，信号电平仍是判断系统覆盖强弱的关键性指标，而主公共信道P-CCPCH的RSCP是衡量3G信号电平强度的指标。除了满足公共信道的电平要求外，业务信道的信号干扰噪声比SIR是决定系统业务覆盖距离的最终因素。由于具有CDMA性质的自干扰性，SIR和信号电平对应关系的不确定性要远大于TDMA性质的GSM系统，且和物理传播环境、系统容量等因素密切相关。
3.1 站厅天线覆盖系统
地铁环境车站站厅比较空旷，站厅收发天线之间为视距时，场强可以按照自由空间公式计算。自由空间路径损耗公式：
Lbf(dB)=32.4478+20lgf(MHz)+20lgd(km)（1）
移动覆盖系统在设计初期，站厅天线分布就应对3G做预留，天线间隔按2G兼容3G考虑，两天线间隔取20～30米，即单天线覆盖半径按10～15米设置。按照公式（1），各通信系统空间路径损耗如表3所示：
在站厅场强预算时，依然要考虑到人流密度、快衰落余量及系统余量等因素，这些因素的取值来自于经验值，而通过试验来进一步校正。
大厅吸顶天线端口需要功率为：
Po≥Pi+L1+L2+L3-L4
其中，Po：站厅天线端口电平；
Pi：边缘场强电平；
L1：15m空间损耗；
L2：系统余量及快衰落余量（取6dB）；
L3：人流密度损耗（取7dB）；
L4：天线增益（取0dB）。
边缘场强要达到-85dBm，各系统对单天线输入功率如表4所示：
3.2 隧道区间
地铁隧道一般都采用1-5/8＂漏泄电缆进行场强覆盖，地铁环境下主流厂商1-5/8＂漏泄电缆传输损耗、耦合损耗指标如表5所示：
计算隧道区间场强覆盖时，主要考虑的因素一般有：
基站下行发射功率；
漏泄同轴电缆的传输损耗、耦合损耗，与移动台接收天线距离大于2米时的附加损耗；
基站能量分配及路径损耗；
越区切换场强重叠区余量；
列车高速移动过程中的多普勒频移、多径效应引起的快、慢衰落余量；
隧道效应所带来的附加损耗；
车厢车体屏蔽所带来的附加损耗；
人体（含列车满载乘客时）屏蔽所带来的附加损耗等。
为了保证边缘场强要求，隧道内漏缆末端电平P0为：
P0≥P1+L1+L2+L3+N1+N2
其中，P0：隧道内漏缆末端电平；
P1：边缘场强；
L1：漏缆耦合损耗；
L2：车厢屏蔽损耗；
L3：人体损耗；
N1：大于2米漏泄电缆附加损耗；
N2：系统余量及快衰落余量。
由此可以计算出各通信系统在满足边缘场强要求时，漏泄电缆末端所需要的最小功率，如表6所示：
通过以上计算，再结合基站输出功率及漏泄电缆的传输损耗，就能计算出基站能量的覆盖距离，如表7所示：
由此可以看出，3G系统信号在传输350米后就需要设置有源设备来进一步延伸覆盖。
由直放站（或RRU）输出功率及漏泄电缆的传输损耗，就能计算出直放站（或RRU）能量的覆盖距离，如表8所示：
由以上分析计算可看出，对于3G信号，基站能量覆盖距离（两端）为700米左右，直放站（或RRU）能量覆盖距离大约也为700米。
4 直放站与隧道多频分合路器
对于3G系统而言，直放站作为网络覆盖的重要延伸单元，在地铁覆盖中仍有其不可替代的作用。但是在TD-SCDMA系统中，直放站严禁串联使用，信号源单元单通道所接直放站总数不应超过3个。
4.1 直放站设置
直放站前（后）端设置多频段分合路器，将漏缆中传输的多系统、宽频信号按系统制式分路出来，分别进行放大，
4.2 隧道多频段分合路器
根据2G和3G直放站的设置位置不同，将隧道多频段分合路器分为2种：
（1）多频分合路器I
多频分合路器I设置在需安装2G和3G直放站处，将漏泄电缆中传输的多系统宽频信号按不同的制式分离出来，送入各自制式的直放站。在大于1500米的隧道区间且同时设有2G和3G光纤直放站的地点使用。
（2）多频分合路器II
由于3G工作频率较高，链路损耗大，3G（包括DCS）信号在漏泄电缆中的覆盖距离比2G信号覆盖距离短。小于1500米的隧道区间设置1套3G光纤直放站，采用隧道多频分合路器II。多频分合路器II设置在只需安装3G直放站处，2G等其他信号直接通过。
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