地铁5G 传输网络建设方案探讨*

朱 波

（中讯邮电咨询设计院有限公司上海分公司，上海 200050）

0 引 言

当前，5G 技术已经日趋成熟，而地铁中的5G覆盖呈现很多特点。由于运营商自建光缆难度很大，租用地铁公司光缆租金较高，因此有必要探讨适用地铁场景特点的传输网络建设方案。

1 地铁5G 无线覆盖方案

地铁线路高架和地面部分可由宏站覆盖，地下部分需要建设室分覆盖。目前，5G 室分的主流是有源室分系统，以华为Lampsite、中兴Qcell、爱立信Dot 为代表，设备默认都支持2T2R，可软件控制升级至4T4R。地下部分一般可分为站台、站厅和隧道3 种区域。以华为产品为例，3 种区域的典型覆盖方案如下。

站台。5G 信号要求能够穿透地铁列车，因此采用功率较大的Easymacro 天线，见图1。

图1 Easymacro 覆盖站台示意

站厅。通常采用Lampsite 系统。Lampsite 由BBU、RHUB 和PRRU 共3 部分组成。PRRU 安装在站厅吊顶上，重点覆盖自助售票机、闸机口处等高数据需求区域，见图2。

图2 Lampsite 系统覆盖站厅示意

隧道。和2G、3G、4G 类似采用泄漏电缆，但传统的13/8 泄缆截止频率为2.7 GHz，仅能承载移动2.6 GHz 频段，不能承载电信和联通的3.5 GHz 频段，因此联通和电信采用5/4 泄缆，覆盖距离比2G、3G、4G短，如图3所示。计算表明，断点距离可设为300 m。为实现MIMO 技术，可布放2 ～3 条泄缆。泄缆高度建议位于列车车窗上沿和下沿之间，沿隧道壁水平安装，每隔1 m 设置1 个普通卡具，每隔10 m设置1 个防火卡具。为保证MIMO 的效果，建议泄缆间距大于0.5 m[1-2]。主要无线设备参数见表1。

每个地铁地下站配置1 端5G BBU、3 个Easymacro、2 个RHUB 和若干个PRRU。

2 无线对传输需求

每个地铁站无线对传输的需求见表2。

图3 泄漏电缆覆盖隧道示意

表1 主要无线设备参数表

表2 传输需求表

3 现有传输资源

通信运营商一般租用地铁站点的机房，安装设备建设5G 传输网。各地铁站点间呈线形结构，通常有地铁公司的1 条上行和1 条下行通信光缆。通信运营商租用地铁公司的光缆，很难在地铁隧道中自建光缆，纤芯租金较高，是地铁5G 覆盖传输网的显著特点。传输网络建设必须针对这个特点提出最优的建设方案。

4 传输建设方案

假设某地铁线路有26 个地铁站和1 个控制中心。地铁控制中心北侧有10 个地铁站，南侧有20个地铁站，站距为1.5 km，见图4。4G 已经覆盖，本次只建设5G。

图4 某地铁线示意

总体原则是控制中心建设2 端汇聚设备上联核心。为保证安全性，传输IPRAN 接入环上节点不超过10 个（含汇聚），环＋链上节点不超过20 个（含汇聚）。下挂的单条支链不超过2 级，每个环上节点下挂支链数不超过3 条。

4.1 方案1：DRAN 模式

每个地铁站均建设1 端接入IPRAN 设备，合计26 端，租用上行光缆和下行光缆各2 芯，使IPRAN 成环，见图5。为遵守环上节点不超过10个的总体原则，控制中心以北2 个节点挂需要链，以南组建2 个环。无线BBU 安装在各地铁站[3]。

图5 方案1：IPRAN 组网示意

4.2 方案2：CRAN 模式

为节约IPRAN 的设备数量和投资，采用CRAN模式[4]。每3 个地铁站建设1 端接入IPRAN 设备，合计8 端，见图6。

图6 方案2：IPRAN 组网示意图（也适用方案3、方案4）

无线BBU 集中安装在有IPRAN 的站点（如图6 和图7 中站1 和站3 的BBU 安装在站2）。没有IPRAN 的站点，BBU 和RHUB/Easymacro 之间通过光缆连接。

图7 方案2：无IPRAN 设备站点无线接入示意

以典型的IPRAN 单价和纤芯单位租金测算两个方案的传输投资，对比如表3 所示[4]。

可见，方案2 节约了IPRAN 设备的数量和投资，但需要租用更多纤芯，导致TCO 总成本上升更快。经过计算得知，纤芯单位租金下降至0.011 万/对芯公里/月时，方案2 才有优势。地铁同意这样的价格是相当困难的，因此有必要建设无源波分，降低租用纤芯数量。

4.3 方案3：无源波分

IPRAN 组网和方案2 相同。无线设备BBU 集中安装在有IPRAN 的站点，没有IPRAN 的站点BBU 和RHUB/Easymacro 之间建设无源波分连接，见图8。

表3 方案1 和方案2 投资对比表

图8 方案3：无IPRAN 设备站点无线接入示意图

每个Easymacro 配置相应波长的彩光模块。3个不同波长的信号通过复用器合成后，使用1 芯光纤传至BBU 侧，解复用后接入相应端口。反向类似，BBU 配置另外3 个波长的彩光模块，使用同1 芯传传至3 个Easymacro。25G 无源波分可使用6 个波，因此需要2 套。使用无源波分能显著降低租用纤芯的数量。

4.4 方案四BBU 光纤直驱

IPRAN 组网和方案2 相同。但是，无线BBU安装在各地铁站，没有IPRAN 的站点BBU 光纤直驱至IPRAN 设备，见图9。方案3 和方案4 投资对比，如表4 所示。

图9 方案四：无IPRAN 设备站点无线接入示意

可见，方案四需总投资最少，但BBU 和IPRAN不在同一机房，涉及传输和无线管理分工界面及故障定位问题。

4.5 同时建设5G 和4G 的场景

假设该地铁线为新建新路，4G 也没有覆盖，本次可同时建设5G 和4G。此时，每个地铁站无线再增加1 端4G BBU。

对上述4 个方案的影响如下。

（1）方案1 ～方案4：每端IPRAN 均需要配置GE 板，单价增加0.2 万元。

（2）方案2：无线至相邻站光口数量翻倍。

（3）方案3：无源波分由2 套6 波25G 改为2套6 波25G ＋6 波10G，单价增加0.2 万元。

（4）方案4：无线至相邻站光口数量翻倍。

方案1 ～方案4 投资对比，如表5 所示。

表4 方案3 和方案4 投资对比

表5 方案1 ～方案4 投资对比表（建设5G 和4G）

可见，方案2 的TCO 总成本更高，且部分段落需要使用24 芯光纤，各地铁站之间可能难以满足一家运营商如此多的纤芯需求，不予推荐。

4.6 其 他

上文方案2 ～方案4 每3 个地铁站建设1 端接入IPRAN 设备，类似可以每5 个地铁站建设1 端接入IPRAN 设备。经过分析得知，增加的光纤租金多于节省的IPRAN 设备投资。另外，无线设备厂家不同，设备形态不同，无线至相邻站光口数量会有所不同，但分析方法类似不影响主要结论。

5 结 语

从投资角度考虑，方案3 和方案4 较低。从安全性角度考虑，方案1 最优，方案3 和方案4 相对较差。必须结合无线设备特点、地铁空闲纤芯数量、租金、安全性要求，选择适合各地不同要求的方案。