民用无线通信系统在广州地铁的功能与应用

张 勋

（广州市地下铁道总公司，广州 510000）

广州地铁采用稳定可靠的无线通信系统，为移动运营商提供移动通信信号在站厅、站台、地铁商业街和区间隧道等公共活动区域的覆盖，并连同移动通信上层网络为手机用户提供无缝隙、无障碍、高质量的服务，保证乘客在享受地下旅行的同时，拥有优质的通话质量，令其旅程实现真正的畅通无阻。本文将对广州地铁民用通信系统进行介绍。

1 系统工作方式

（1）各运营商将基站收发信机（BTS）接引至沿地铁线路的各车站民用通信机房，且规划好各车站内基站之间、各车站内基站与地面基站之间的小区划分与频率配置。并根据业务量与覆盖情况设置小区参数。

（2）本系统设于各站内民用机房的宽带合路平台（POI），与各运营商BTS射频接口耦合联接。

（3）下行POI对各运营商基站发射端下行信号进行合路后，由宽带分路器分配到隧道泄漏同轴电缆（LCX）和站厅天馈，通过空中耦合送达移动接收端。从隧道LCX和站厅天馈传送来的移动台发射的上行信号，由宽带合路器合路后，通过上行POI分路后送到各运营商基站上行信号接收端。从而完成上、下行链路信号的传送。

（4）移动用户在地铁列车内沿隧道线路运动时，相邻基站的射频信号在LCX形成梯度分布，在区间中点附近，LCX的两侧信号形成交叠区。当列车通过这一区域时，近端站的信号逐渐变强，远端站的信号逐渐变弱，顺利实现移动台的小区平滑切换。同理，在站厅出入口及换乘站处，亦可完成类似的切换。

2 宽带传输

2.1 传输频段

系统支持800 MHz和900 MHz两个频段，且在LCX、射频同轴电缆（DCX）和其他无源器材支持下可达到2 400 MHz。扩展后系统提供对800～2 400 MHz频段内多种移动通信制式的支持。

2.2 传输链路

系统上、下行传输链路独立分开设置，提供两个独立的宽带传输通道，对应移动双工通信的上行及下行信号，以减少相互之间的干扰。岛式站台接隧道采用漏泄同轴电缆方式覆盖，侧式站台及站厅等处采用天线方式覆盖。采用带宽为800～2 400 MHz的低损耗同轴电缆和漏泄电缆进行信号传输覆盖。

2.3 传输接口

系统提供对各运营商基站设备的POI固定连接接口，以及对移动台LCX及天线空中链路接口。其中POI由单个的上行和下行POI构成，POI相应的接口支持移动、联通和电信制式：中国移动GSM全带宽、中国联通GSM全带宽、CDMA2000 1x全带宽、第三代移动通信频分双工（FDD）和时分双工（TDD）方式主要工作频段，以及第三代移动通信FDD和TDD方式补充和扩展工作频段。

3 系统功能实现

地铁民用通信无线传输系统由天线分布子系统、泄漏电缆分布子系统、光直放站子系统及监控子系统构成。从信号的传输链路上看，可分为无中继传输部分（简称无源部分）及中继传输部分（简称有源部分）。这两部分又分为上行及下行链路，是无线传输系统的主要构成。

3.1 无源部分工作原理

无源部分由POI、宽带分/合路器、耦合器、DCX、LCX和天线等构成。

各运营商下行射频信号接至POI相应端口，通过POI滤波器滤除各运营商射频信号之间的干扰信号，并完成信号合路。合路信号由宽带分路器分配到不同的传输方向，如隧道LCX、站厅天线。站台及隧道一般由LCX进行信号的传输及辐射覆盖。站厅及进出口通道、商业街等一般由天线进行信号辐射覆盖。从宽带分路器至天线、LCX之间的信号传输由DCX完成，信号经覆盖网络到达手机用户终端。

根据互易性原理，用户手机发射信号的上行链路，亦通过LCX、天线、DCX等分布网络支路汇至宽带合路器。宽带合路器将手机的上行信号输入POI，由其完成滤波、分路，最终各运营商不同制式的手机上行信号分别被送至相应基站BTS上行端口。

3.2 有源部分工作原理

（1）中继器的设置及选择考虑因素

中继器的设置应以需延长覆盖的范围来确定，地铁中继区间的覆盖最终仍由无源部分的LCX完成，因此LCX的传输特性和耦合辐射特性是影响中继覆盖指标的主要因素之一。另一主要因素是中继器的信号放大能力，即放大器的增益及功率输出电平。功率放大器在放大信号的同时，亦产生相应的谐波信号、杂散带外辐射信号。在多信号放大时，由于放大器的非线性特性还产生互调信号。这些有用信号之外的信号可能会干扰本频段及相邻频段的有用信号，造成信号的阻塞、失真。对这些无用信号（主要是互调信号）需加以控制和滤除。而对无用信号的抑制，又限制了放大器的增益及输入电平，或者说在保证某一需要的功率电平及增益时受到了抑制，这是第三个因素。第四，由于地铁运营维护特点及地铁隧道的长度空间环境等限制，决定了中继器的无人值守工作状态，这就要求其可靠性和稳定性在一个相当高的水平，且具有防尘、防水的功能，因此，中继器功耗和散热就成为另一必需加以考虑的因素。第五，对上行链路来说，放大器的噪声也限制了BTS的作用范围。我们注意到，上述因素同时作用时具有相互制约的特点，对中继器的选择与设置须综合考虑，采取不同的优化线路、措施，以达到最佳的效果。

（2）上、下行链路的信号中继传输

光直放站近端机将POI射频合路信号由光发射机经光纤传输至远端机，远端机由光接收机解调置BTS射频合路信号并进行滤波分路，对GSM信号和CDMA信号分别进行信号放大和功率放大。放大后的信号在频段合路器合成一路信号，由宽带功分器分配至不同方向的LCX，用以传输覆盖。一个光直放站近端机，可根据需要带多个远端机。光直放站的覆盖补充了BTS利用无源部分覆盖的不足，可以完成整个区间基站BTS至用户手机之间的信号中继传输。上行也一样，手机信号最终输入上行POI，经POI处理分别送至不同的基站BTS相应上行端口，从而完成用户手机与基站之间的上行链路信号中继传输。

（3）有源部分——直放站的应用

如图1所示，主要由光近端机、光纤、光远端机组成。光近端机和光远端机都包括射频（RF）单元和光单元。无线信号通过POI耦合后，进入光近端机，通过电光转换，电信号转为光信号，从光近端机输入至光纤，经过光纤传输到光远端机；光远端机把光信号转为电信号，进入RF单元进行放大，信号经过放大后送入发射天线，覆盖目标区域。上行链路的工作原理一样，手机发射的信号通过接收天线传输至光远端机，再传输至近端机，回到基站。

广州地铁5号线2G系统在引入3G系统后，目前4个区间的2G直放站根据未来3G直放站安装的位置调整，就可在引入3G系统后保持2G直放站位置不变，如图2所示。表1列出了各相关参数值。

表1 引入3G系统后各区间2G直放站位置

（4）不足与完善

目前，地铁民用通信设计主要针对2G系统，虽然也预留了3G系统的建设余量，例如设备机房空间、POI接口、长区间光纤直放站位置预留等，但是关键技术难题还有待解决。就目前的情况来看，2G系统的切换毫无问题，但3G系统属于高频段的信号（1 800～2 400 MHz），在LCX中的传输衰减指标超过2G指标的两倍，这样就导致同一发射功率下，2G与3G信号在同一LCX中的传输距离相差甚远。若仅依靠调整基站发射功率使一整段区间的3G信号满足传输和切换等条件，那么2G信号又会因信号过强而达不到切换条件，最后在即将到达车站时由于切换时间不够而导致掉话。

针对这一问题，采取以下两个解决方案。

1）通过加衰减器单独将隧道区间2G信号衰减到满足适合切换的条件，注意不能减弱站厅、站台等公共区的信号覆盖。

2）将各基站内部信号切换条件的门限值调大，例如由-75 dB调至-60 dB，但是一般基站可调的只有几个差别不大的可选值，所以具体实施需跟制造商洽谈。

4 结语

民用通信无线系统的稳定与否直接影响到乘客的通话质量，本文以现有线路民用通信无线系统为例，理论结合实际，对该系统的各个环节进行了分析和介绍，也为以后新线民用通信无线系统的建设和完善提供参考依据。

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