地铁站厅台5G公网覆盖方案

（中国铁塔股份有限公司，河南 郑州 450000）

0 引言

随着2019 年6 月6 日工信部向中国移动、中国电信、中国联通、中国广电发放5G 商用牌照，中国正式迈入5G商用元年，大规模的5G 网络建设已在全国各重点城市如火如荼地开展，运营商首批建设5G 覆盖区域主要集中在了重要性高和数据业务需求大的数据热点及口碑场景。与此同时，随着我国城市基础设施建设的不断完善，截至2020 年底，中国内地累计有45 个城市开通城市轨道交通运营线路7 978.19 km，其中地铁线路达到6 302.79 km[1]。预计到2023 年，全国地铁的规划里程将达到现有里程的1.4 倍。地铁每日都承载了数以亿计人们的交通出行，随之带来了人流量大、高数据流量业务频发的业务特点，其业务特征和需求与运营商5G 高价值场景高度契合，成为了各家运营商优先保障部署5G 网络的热点区域。

然而在开展地铁场景5G 网络建设时，特别是对大量现存地铁线路进行5G 改造时，却面临以下诸多难点：

（1）从器件支持情况来看，现有无源器件对于5G频段支持性差。主要体现在：

1）2016 年之前的功分器、耦合器、室分天线等无源器件基本最高支持频段都在2 500 MHz 以内，不支持三家运营商的5G 频段；即使是2016 年以后的上述器件，最高支持频段也只达到2 700 MHz，仅能满足中国移动2.6 GHz 5G 频段，无法支持中国电信、中国联通的3.5 GHz 5G 频段。

2）前期部署的POI 等合路设备均不支持中国移动2.6 GHz 频段的160 MHz 全频段，也不支持中国电信、中国联通的3.5 GHz 5G 频段，无法实现5G 系统直接合路馈入现有分布系统。

（2）从实施来看，由于现有分布系统对于5G 支持性较差，造成改造实施工程量大，现场协调难度高。同时，运营的地铁线路施工窗口期短，且均为夜间和凌晨实施，故实施方案应充分考虑可实施性。

针对上述问题，本文针对地铁站厅台5G 部署方案进行了研究和探索，并在郑州地铁5 号线进行了试点验证，最终提给出了相关5G 部署方案建议。

1 地铁场景5G产品开发

1.1 新型合路器及无源器件产品

针对早期多系统合路器（POI）、无源器件、天线等对5G 频段支持较差的问题，从2019 年年底，铁塔公司及三家运营商已推动产业链推出支持800—3 700 MHz的功分器、耦合器、3D 电桥、全向吸顶天线、定向壁挂天线、对数周期天线，新的多系统合路器也增加了1 个2 515—2 675 MHz 中国移动NR 2.6 G 全频段端口、2 个3 300—3 700 MHz 电联（中国电信和中国联通，简称电联，下同）NR 3.5 G 全频段端口、1 个1 920—1 980/2 110—2 170 MHz 电联2.1 G 全频段端口和1 个1 735—1 785/1 830—1 880 MHz 电联1.8 G 全频段端口，可以满足现阶段和未来5G 频段的演进。针对5G 系统独立天馈部署，以及利旧现有室分系统升级等场景，也开发了支持中国移动2.6 GHz 和电联3.5 GHz 5G 频段进行单独合路的的5G POI、支持中国移动2.6 GHz 5G 频段直接利用现有分布系统升级的2.6 GHz 扩展型POI。这些产品的推出使得室分系统无源器件全面支持了5G 新建、改造的各种场景。

1.2 新型馈线连接器

在地铁场景中，由于话务量高度集中，造成分布系统共享接入系统多，且负载高、功率大，这带来了极大的系统间互调干扰风险，特别是地铁的持续震动环境，更是对系统的互调抑制指标（包括动态）造成了极大的挑战。在实际工程实施中，馈线连接器往往是分布系统互调干扰抑制能力的瓶颈所在，它主要受限于连接器本身的产品质量。如图1 所示，针对该问题，中国铁塔联合产业链头部企业共同开发了新型增强型连接器，通过改变连接器结构，并使用专业的自动或手动工具，将其压接于馈线之上，使连接器与馈线的固定更加稳固耐用。与普通连接器相比，增强型连接器可提升单根馈线的三阶互调抑制度指标，从而提升整个无源分布系统互调指标，最大程度地降低多系统接入无源分布系统后的互调干扰。

图1 新型增强型连接器

两端使用了增强型连接器的馈线，在静态互调测试中性能接近普通安装式连接器，但在晃动条件下（或有规律的敲击）的互调测试中，其性能远远优于普通连接器，实验室测试对比数据如表1 所示。

表1 增强型连接器互调性能指标对比

从普通连接器互调对比测试数据可以看出，增强型连接器可以大幅度提升系统互调指标，因此，建议在震动频繁的地铁场景下全面应用增强型连接器，从而提升系统互调指标稳定性，将环境对分布系统的震动影响降至较低水平。

1.3 地铁E站

目前很多城市的轨道公司对于地铁站厅台的整体美观性要求极高，不允许天花板有较多的天线外露，或者是考虑消防的要求，不允许有源设备放置在消防喷淋头的上侧，这就给有源皮站的应用带来了困难。如图2 所示，基于此，河南铁塔联合华为公司共同开发了“地铁E站”综合机柜，柜内上部可放置微站远端设备（pRRU 或Book RRU），下柜内部放置RHUB，上下柜连接处可放置移动充电宝，可供后续开展移动充电宝业务，外表面提供广告灯箱，可以进行平面广告投放，造型美观，环境融合，能够通过在站厅台两侧放置两个E 站，就可实现该层的全覆盖。

图2 地铁E站功能示意图

地铁E 站主要设计指标如表2 所示。

表2 地铁E站主要设计指标

地铁E 站实物效果图如图3 所示。

图3 地铁E站实物效果图

2 新建地铁5G建设方案

2.1 站厅台公共区域建设方案建议

（1）方案一：有源皮站+E 站方案，如图4 所示。

方案描述：采用有源皮站对站厅区、站台区进行覆盖，PRRU 采用“W”型交叉放置方式，其中站台区间距设置为25～30 m，站厅空旷区可为30～40 m。在站厅台公共区两端各放置一个E 站，提供PRRU 不支持频段（由于体积、重量限制，目前主流5G 皮站设备仅能支持运营商最多3 大频段组合）系统覆盖，以进一步提升网络承载能力，并可支持广告、充电宝等新业务。

适用场景：轨道公司同意皮站安装，同时运营商强调容量承载能力，对整体成本控制要求不高。

（2）方案二：无源分布系统+E 站方案，如图5 所示。

方案描述：采用双缆无源分布系统对站厅台进行覆盖，天线点位采用“W”型交叉放置方式（MIMO 间距1.3 m 左右），站台点位间距设置为15～20 m、站厅空旷区点位间距可为20～25 m（建议馈线接头全部采用新型增强连接器）；在站厅台公共区两端各放置一个E 站，提供补充容量，并可拓展广告、充电宝等新业务。

适用场景：轨道公司不同意皮站安装或运营商考虑相关站点容量有限，期望节约成本。

（3）E 站方案实施效果验证

郑州地铁5 号线在2019 年4 月对站厅台部署皮站进行了实施效果验证，具体如下。

图4 站台有源皮站+E站方案示意图

验证方案：如图6 所示，地铁站厅台区域（福塔东站）两侧各增加1 个E 站（E 站间距120 m），内部分别安装了移动和联通的皮站设备。

测试结果如表3、图7 所示。

表3 站台区CQT测试结果

结论：通过测试结果显示，在站厅台两侧部署E 站基本可以满足电联5G 网络的覆盖和网络指标要求。

◆中国联通3.5 GHz 4T4R 皮站，近点下载速率877 Mbit/s，上传速率112.9 Mbit/s；远点（阻挡最严重、位置最远处）下载速率650 Mbit/s，上传速率79 Mbit/s；

◆中国移动2.6 GHz 2T2R 皮站，近点下载速率820 Mbit/s，上传速率90 Mbit/s；远点（阻挡最严重、位置最远处）下载速率480 Mbit/s，上传速率50 Mbit/s。

2.2 站厅办公/设备区域建设方案建议

地铁站厅的设备机房区，一般只允许内部工作人员和设备维护人员进入，人流量相对较小、容量需求低，同时该区域的房间隔断也较多，考虑到建设成本及运营商后期的运营成本，建议该区域采用传统无源分布系统进行覆盖。具体方案如下：

（1）采用“馈线+天线”的传统无源分布系统，采用无源器件需支持800—3 700 MHz，天线间距一般设置为12～15 m（MIMO 间距1.3 m 左右），天线点位优先放置在人员较多的办公室门口。

图5 站台无源室分+E站方案示意图

图6 站台E站方案示意图

图7 站台遍历测试结果

（2）采用“广角漏缆”方案，在走廊中进行广角漏缆布放，末端接尾巴天线补充覆盖，施工时漏缆不得放入金属桥架或者套管布放，下端不能有金属物阻挡。

3 存量地铁场景5G升级改造方案

3.1 有源分布系统改造方案建议

改造方案：如图8 所示，原点位替换为支持5G 的PRRU，通过“地铁E 站”补充PRRU 不支持频段的系统覆盖。如前期PRRU 采用五类线，需要重新布放六类线或光电复合缆（优先，供电距离更长，可达200 m）。

图8 有源分布系统改造方案

方案优点：原点位替换对站厅台破坏较小，对站厅台的美观性影响较小；改造工程量适中，能够快速实现5G 改造。

3.2 无源分布系统改造方案建议

（1）方案一：在原分布系统上叠加5G 有源设备

改造方案：如图9 所示，不改变原有原分布系统，直接叠加5G PRRU，其中站台区间距设置为25～30 m，站厅空旷区可为30～40 m。新增布放六类线或光电复合缆（优先）。

图9 原分布系统上叠加5G有源设备改造方案

方案优点：改造工程量适中；不影响原系统运行。

方案缺点：对站厅台没关系影响较大，协调较难。

（2）方案二：替换POI+新增E 站设备

改造方案：如图10 所示，将原有分布系统中的POI 替换成支持中国移动2.6 GHz 全频段、中国电信和中国联通2.1/1.8 GHz 全频段的POI 设备，实现中国移动2.6 GHz 5G 频段覆盖和电联2.1/1.8 GHz 频段5G 翻频覆盖；在站厅台新增E 站设备，为电联提供3.5 GHz 5G 频段微站或PRRU 的安装位置，实现站厅台3.5 GHz 5G 频段快速覆盖。

图10 替换原分布系统POI并新增E站设备改造方案

方案优点：改造工程量小，可以快速实现5G 覆盖；E 站不影响整体车站美化，同时可通过广告业务与轨道公司置换E 站安装空间，协调难度小。

试点改造效果：如图11、表4 所示，2019 年5 月，在郑州地铁5 号线进行了利旧原分布系统的5G 改造，改造后中国移动2.6 GHz 5G 频段，采用5G 手机终端下载峰值达到800 Mbit/s 以上，效果优良、运营商满意。

图11 替换原分布系统POI并新增E站设备改造方案现场测试图

表4 站厅台无源分布系统改造试点验证结果 Mbit.s-1

注：测试采用双缆覆盖；测试软件为Speedtest；测试终端为华为MATE 20X

4 结束语

本文主要分析并提出了地铁场景的5G 新建和改造方案，并对一些方案的应用进行了试点验证，希望能对地铁5G 建设提供一定的借鉴。随着对于5G 网络性能和指标要求认识的不断深入，以及主设备和相关器件、线缆性能的不断优化，后续还将持续对相关方案进行不断的优化和总结。