地铁5G无线网覆盖方案探讨

杨 勇

（山西诚晟通信工程有限公司董，山西 太原 030006）

随着人们对移动数据流量的需求也与日俱增，地铁场景已经成为三大电信运营商重要的口碑场景，用户的无线业务体验会对网络形象和企业品牌带来影响。目前，地铁网络需求有2G、VOLTE语音业务需求、4G、5G数据业务需求、4G、5G物联网需求。语音是基础性业务，必须要从覆盖、容量、质量等方面全面保障；数据业务及物联网业务属于竞争性业务，是各运营商体现品牌价值、争夺高端客户和打造差异化服优势的重要手段。

太原地铁二号线是山西建设的第一条地铁，本地铁自2016年3月全面开工建设，计划于2020年12月底开通，太原地铁二号线一期工程全长23KM，建设23个车站。本文从太原地铁二号线出发，在保障多运营商、多系统覆盖的前提下，研究和探讨了新建地铁、改造地铁的覆盖建设方案。

1 地铁覆盖区域及覆盖特点和难点

1.1 地铁覆盖区域描述

民用通信在地铁场景中覆盖区域主要包括隧道洞的覆盖及地铁车站覆盖，地铁车站区域覆盖又包括站台、站厅、办公区域、检修区域等的覆盖。

1.2 地铁覆盖特点及难点

（1）地铁客流量大、尤其是上下班高峰期，对语音及数据业务需求量大，而晚上及非上下班高峰期业务量较低，呈现潮汐现象。

（2）地铁空间较为封闭，而各运营商网络制式都较多，在地铁内干扰较为严重。站台比较空旷，电波传播基本为自由空间模式，损耗较小，会出现容量和干扰的矛盾。

（3）地铁只有隧道出入口受到外部信号的干扰，需在出入口做好与地面室外网络信号切换。

（4）由于地铁场景为高级公共场所，运营后只有在深夜有很短检修时间，造成网络需一次性覆盖到位同时考虑适当超前建设，且对设备可靠性、维护性要求较高。

2 隧道洞覆盖

2.1 隧道洞5G覆盖存在的挑战

传统三大运营商2G、3G、4G隧道网络覆盖采用POI+13/8低烟无卤阻燃漏缆覆盖，5G隧道洞覆盖存在如下挑战：

（1）13/8漏缆最大支持频率为3GHz，只可以承载移动5G频段，电信、联通5G频段为3.4-3.6GHz，13/8泄漏电缆无法满足电信、联通5G覆盖需求。

（2）原隧道内功分器、耦合器等无源器件对于电信、联通5G频段插入损耗大，无法满足覆盖需求。

（3）原有隧道洞4G覆盖多为布放2条泄漏电缆，而对于地铁这种人流量大场景，5G覆盖存在4*4 MIMO的潜在需求，同时存在地铁车窗较小，为了保证各制式间的隔离度，部署4条漏缆实现4*4 MIMO的难度也较大。

（4）5G频率相对原2/3/4G网络，频率更高，穿透损耗更大，造成信源间距较2/3/4G更小。

2.2 现有支持地铁隧道3.5G频段的覆盖方案

2.2.1 方案一：POI+5/4漏缆

由于传统13/8漏泄电缆无法支持3.5GHz频段5G覆盖，而5/4泄漏电缆的槽孔进行特殊处理后可支持3.5G频段的覆盖，其中覆盖方案如图1所示。

图1 方案一示意图

目前5/4泄漏电缆分全频段漏缆和低损耗漏缆，其中全频段漏揽可满足800MHz～3.7GHz频段信号的馈入，低损耗漏揽只满足1.8GHz～3.7GHz频段信号的馈入，两种漏缆250m综合损耗如表1所示。

表1 全频段5/4漏揽与低损耗5/4漏揽损耗一览表

2.2.2 方案二：RRU+窄波束4T4R天线

同时目前可利用RRU+窄波束4T4R天线方案对地铁场景进行覆盖，覆盖方案如图2所示。

图2 方案二示意图

2.2.3 方案一、方案二优缺点对比

表2 方案一、方案二优缺点对比表

2.3 覆盖方案建议

（1）新建地铁。人流量大的地铁建议采用POI+4条5/4漏缆，人流量较小地铁区域，考虑节约投资，建议采用POI+2条5/4漏缆。

（2）原有地铁。对于方便施工的地铁隧道，重新新建2条低损耗5/4漏缆方案承载5G覆盖网络，原13/8漏缆承载原来2/3/4G网络。对于施工存在困难的地铁隧道，建议采用3.5G RRU+窄波束4T4R天线方案，RRU采用8T8R设备，同时建议进行低频网络的5G深耕，保障5G网络覆盖。

（3）漏缆及天线安装位置。地铁隧道一般较为狭窄，当列车通过时四周剩余空间较小，泄露电缆与天线应安装于与车窗水平位置，以便尽量减小列车穿透损耗；泄露电缆与泄露电缆之间应考虑系统间干扰，预留一定的间隔；天线应考虑迎风面积并牢固安装，避免掉落影响列车运行，造成安全事故。

图3 漏缆及天线安装示意图

（4）泄露电缆断点方案。根据各系统的发射功率、器件性能、覆盖指标要求，对照5/4漏缆的性能指标，通过链路预算确定各接入系统设备的漏缆覆盖距离，核算结果如表3所示。

表3 5/4漏缆链路预算表

根据表3中链路预算值，建议泄露电缆断开长度为430m左右。

（5）窄波束4T4R天线安装方案。由于天线的覆盖特性，车厢内接收信号随着距离天线越远，下载速率越低，根据现场测试，仅在距离天线350m的范围内，下载和上行速率可以达到1条泄露电缆速率，如要达到2条泄露电缆速率，距离更近。

3 车站区域覆盖

3.1 车站覆盖区域及特点

地铁车站区域覆盖包括站台、站厅、办公区域、检修区域的覆盖，其中站台、站厅区域人流量较大，办公区域一般为办公人员办公及休息区域，而检修区域业务需求主要为语音及物联网业务需求。

3.2 现有车站5G覆盖方案

目前，地铁车站2/3/4G覆盖主要采用有源室分（数字化分布系统）和传统室分（DAS系统）覆盖，这两种方式均不支持5G网络的直接合路。

对于电信联通5G的3.5G频段来说，传统室分由于馈线和器件的限制均不支持直接合路5G信号。对于移动5G的2.6G频段来说，现有的传统室分的器件是可以使用，但是如果要做到4T4R，就需要在现有馈线的基础上再增加3条同路由的馈线，该方案投资较大。

5G有源室分具有架构简单、部署快速，大容量并支持小区合并、分裂，软件灵活扩容等的优点，同时可支持4T4R MIMO，满足用户对5G网络速率的要求。所以5G采用有源室分覆盖将成为不二的选择。

3.3 地铁车站覆盖方案建议

（1）新建地铁。对于新建地铁，建议2/3/4G网络建设一套有源室分系统，5G单独建设一套有源室分系统；如只有4/5G网络需求，可只建设一套有源室分系统，同时满足4/5G网络覆盖，但需考虑4G与5G网络功率分配应合理。

（2）原有地铁。对于原有地铁车站覆盖，建议原2/3/4G网络采用原有覆盖方式覆盖，5G网络单独新建一套有源室分系统。

（3）pRRU间距。可根据车站内不同覆盖区域的特点、容量需求、吊顶高度、墙体、柱子遮挡等原因合理选择pRRU间距，其中站厅、站厅区域需考虑容量及干扰因素，适当选择低功率pRRU，办公区域及检修区域，可根据人流量及物联网等业务需求选择pRRU间距。

4 隧道洞与车站网络切换方案

（1）为了避免在列车未进站时泄露电缆与PRRU信号的干扰，在车站区域不建设泄露电缆。

（2）由于设备技术原因，RRU设备与pRRu设备无法划分同小区，列车从隧道洞进入车站区域时，信号只能采用硬切换方式，建议切换控制在1s以上，在建设时，泄露电缆从隧道洞向车站延申覆盖25m-30m（需根据地铁进站速度调整），并在切换区域建设pRRU，保障能够顺利切换。

（3）为了减少切换时延，RRU与pRRU如有条件可上联于同一个BBU，或将RRU与pRRU上联的BBU通过后台做合并。

5 地铁建设其他注意事项

（1）由于运营后隧道及车站内新敷设光缆困难较大，前期建设时一定要预留足够纤芯。

（2）地铁黄金施工时间为地铁主体装修快完工时、试运营前进行，故施工窗口期较为紧张，且存在与其他工作交叉施工现象，故建设时四运营商应统一、快速行动，并做到与地铁建设同步规划、同步设计、同步实施、同步开通。

6 结束语

地铁覆盖场景在前期不同时期、不同网络制式下，选择的覆盖方案也不尽相同，随着5G网络的到来以及新的覆盖方案的出现，也使得可选择的覆盖方案越来越多；本文结合现有的覆盖方式以及各种场景的特点，提出了不同场景的覆盖建议，但随着技术的不断更新，可能会出现新的更适合地铁场景的建设方案，这就要求我们每个通信人不断学习、不断对比选择最优的覆盖方案。