地铁漏泄电缆敷设方案

范成泽

近几年，地铁已成为各大城市最重要的基础设施，有利地缓解了大城市中心区交通过于拥挤的状态，提高了市民出行效率和乘坐舒适性。地铁无线通信涉及到列车控制信息、列车状态、客服信息传送、生产调度通信、公安消防通信、以及公众移动通信等，是保障地铁运输组织生产安全、高效、乘客体验便捷舒适的必不可少的组成部分。因此，在地铁隧道有限的空间内如何设计漏泄电缆实现无线信号覆盖，既满足各系统的应用需求，又相互不造成干扰，是地铁无线通信设计的难点。本文将对漏泄电缆敷设需求、敷设方案以及工程中需要注意的干扰问题进行阐述。

1 漏泄电缆敷设需求

地铁中隧道区间的无线信号覆盖可采用天线或漏泄同轴电缆2种方式来实现。漏泄同轴电缆场强覆盖分布均衡、连续，且受外界环境影响小；其优点是场强沿漏泄同轴电缆呈带状分布，可实现整条隧道区间场强无缝覆盖［1］；缺点是造价高，施工难度大。如果采用天线方式，虽然其造价低，安装方便，但信号波动大，网络质量无法保障。因此，无线通信系统一般采用在上、下行隧道分别敷设漏泄电缆的方式实现无线信号覆盖。地铁中一般包括以下无线通信系统。

1.1 专用无线通信系统

专用无线通信系统是保障行车安全、提高运输效率、改善服务质量的重要手段；同时，当运营中发生异常情况或有线通信出现故障时，能为快速提供防灾救援和事故处理指挥等提供所需的通信手段。

从目前的无线集群通信技术来看，满足城市轨道交通专用无线通信功能的制式主要有：TETRA、B-TrunC 等。TETRA 是欧洲通信标准协会制定的窄带数字集群通信系统，可以同时提供调度指挥、数据传输和电话服务。B-TrunC 系列标准是由中国宽带集群（B-TrunC）产业联盟组织制定的、基于TD-LTE 系统的专网宽带集群系统标准，在保证兼容LTE 数据业务的基础上，通过增设调度控制中心设备来提供语音集群基本业务和补充业务，以及多媒体集群调度等宽带集群业务功能。基于LTE 的B-TrunC 调度系统已经成为中国地铁专用无线通信系统的发展方向。

1.2 车地无线综合承载系统

车地无线通信综合承载系统是一个基于无线宽带技术的数据、语音传输系统；系统采用A/B 双网冗余组网，综合承载CBTC 列车运行控制、列车紧急文本、列车运行状态监测、列车视频监控、乘客信息系统（PIS）视频等业务。

目前适用于车地无线通信综合承载系统的主要技术有WLAN、WiMAX 和TD-LTE。相对于目前应用的WLAN、WiMAX 设备，TD-LTE 在抗外界干扰能力和高速移动性能方面，具有明显的优势，不仅满足CBTC 系统及PIS 车地之间的双向通信需求，而且各项性能均优于WLAN 和WiMAX技术；此外，基于LTE 的B-TrunC 调度系统是中国地铁专用无线通信系统的发展方向。因此，从提供高性能、综合利用及技术前瞻性的系统角度考虑，工程中一般推荐采用TD-LTE 技术。

TD-LTE 技术在隧道区间采用RRU+漏泄同轴电缆方式实现无线覆盖。区间覆盖可采用单漏缆和双漏缆2 种方式。双漏缆方式具有高可靠性和高安全性的特点，即当其中一条漏缆出现故障时，另外一条漏缆仍可以正常提供业务，降低了单点故障对业务的影响。另外双漏缆部署，按双流方式实现MIMO 发射分集和空间复用，可以有效提高信道的容量［2］。因此，工程一般使用双漏缆方案。

1.3 公安无线通信系统

公安无线通信系统是为了加强地铁日常治安管理，并且确保各车站范围内出现重大案情、治安事件时，公安局和公安公共交通安全总队各级公安指挥人员能够对现场各警务人员进行统一的指挥调度。

公安无线通信系统目前主要为350 MHz 模拟集群网，根据公安相关文件要求，公安无线通信网后续建设将采用350 MHz 频段的PDT 数字集群体制组网。

1.4 政务（消防）无线引入系统

无线政务专网覆盖公安、消防、应急指挥、城管、园林、水务等各政府部门，主要应用于政务、公共安全、社会管理、应急通信等领域。无线政务网还可以作为在灾害情况下对轨道交通进行指挥的应急系统。

目前在多个城市已经建成了1.4 GHz TD-LTE无线政务宽带集群系统，并在大型运动赛事、突发公共安全事件等重大事件中发挥重要作用。

1.5 公网无线引入系统

公网无线引入系统是民用移动通信服务在地铁地下区域的延伸，系统通过将各运营商移动通信基站信号延伸到轨道交通地下空间，实现地下区域无线信号覆盖。其中，各运营商的基站设置由运营商考虑。

公网无线引入工程需要覆盖的信号应包括运营商的所有2G/3G/4G/5G移动信号，所以要求公网无线引入系统是一个“全覆盖、无缝、宽频段、能提供多业务”的无线信号引入及覆盖工程。应考虑引入的无线信号包括：中国移动GSM/DCS、TD-SCDMA、TD-LTE 和5G；中国联通GSM、WCDMA、LTE和5G；中国电信CDMA800、LTE和5G。

运营商基站信号较多，需分别经POI 合成为宽频段、多系统信号，然后分成相应的路数输出到隧道相应的漏泄电缆。公网无线引入漏泄同轴电缆射频信号辐射可采用2 种方式：一是上下行信号同缆传输；二是上下行信号分缆传输［3］。同缆方式比分缆方式节省二分之一的漏泄电缆，但存在严重的干扰问题。当采用同缆方式时，上行和下行信号之间的干扰无法彻底隔离，特别是在功率较大的情况下，各系统还会产生严重的互调干扰。根据国内外轨道交通的实践经验，为克服同缆方式中存在的严重干扰问题，最好采用分缆传输方式。因此，在民用无线引入工程中，为保证对用户提供优质的服务，推荐采用漏泄同轴电缆分缆传输方式。

根据上述分析，地铁各无线通信系统在一条隧道（上行或下行，不包括站台区段）中对漏泄电缆的需求见表1。考虑到隧道内敷设漏泄电缆空间有限，并应节约投资，需要对各无线通信系统的漏泄电缆进行合并，即通过在前端增加POI 合路平台，将相关信号合入同一套天馈系统进行共用。

2 漏泄电缆共用敷设方案

2.1 共用原则

1）应考虑系统间相互干扰问题，包括互调干扰、杂散干扰和阻塞干扰。

2）遵循用途相近、频段相近的无线通信系统共用漏泄电缆原则。

表1 地铁各无线通信系统漏泄电缆需求

2.2 各系统共用方案

2.2.1 专用无线通信系统与车地无线综合承载系统

专用无线通信系统和车地无线综合承载系统均为保障地铁正常生产和指挥所必需的地铁专用无线通信系统。从表1 可知，2 个系统频率相近，而BTrunC 是基于TD-LTE 系统的专网宽带集群系统，因此，采用TD-LTE 的车地无线综合承载系统可以共享TETRA 设置的1 条漏泄电缆，即可构成双缆系统［4］。

2.2.2 公安无线通信系统与政务无线引入系统

公安无线通信系统与政务（消防）无线引入系统主要用于公共安全和社会管理。从表1 可知，2 个系统所用频率相近，因此可以共用1 条漏泄电缆。

2.2.3 公网无线引入系统

从表1 可以看出，引入地铁的运营商移动通信系统多达13 种，频率从800 MHz 到3600 MHz。为减小系统间相互干扰，并考虑漏泄电缆在不同频段的性能指标，3 家运营商的2G/3G/4G 系统共用2 条漏泄电缆；而5G 所用频率均较高，并且为了发挥5G 高传输速率的特点，3 家运营商的5G 系统考虑采用4T4R 方案，共用4 条漏泄电缆。因此，公网无线引入系统共用6 条漏泄电缆。

2.3 方案比较

原地铁无线通信系统设计方案需要28 条漏泄电缆，为保证干扰隔离度并采用MIMO 方式的需要，各漏泄电缆之间应保持一定的空间距离，因此隧道内无法满足28 条漏泄电缆的敷设。经过整合，9 条漏泄电缆即可满足需求，解决了敷设空间不够的问题，同时节约了工程投资，减少了维护工作量。然而，整合后由于漏泄电缆在不同频段的传输损耗指标不同，需要对漏泄电缆进行特殊定制；而且由于增加了POI 设备，系统额外增加了4 dB 以上的损耗，缩小了单台设备的覆盖范围。

3 漏泄电缆安装位置要求

首先，隧道中漏泄电缆安装位置应符合安装限界的要求。针对区间众多的漏泄电缆、安装支架，以及区间设备（RRU、直放站、配线架等），必须了解本线建筑限界要求，严格遵守不同车型、不同线路区段（平直或弯曲） 对应的限界规定。根据《地铁设计规范》（GB 50157-2013） 5.4.1 条，漏泄电缆及其支架与设备限界应保持不小于50mm 的安全间隙［5］。

其次，根据使用对象确定漏泄电缆敷设高度。例如，用于地铁生产、指挥的专用无线通信系统和车地无线综合承载系统，其天线位于车顶，为避免由于车体阻挡而增加传播损耗，其漏泄电缆安装位置应接近车顶；而公网无线引入系统用户为乘客，因此其漏泄电缆安装位置应接近车窗［6］。

最后，还应考虑系统间干扰隔离度及采用MIMO 方式时漏泄电缆间的距离要求。根据相关研究结论，最低频率为800 MHz 的2 条泄漏电缆考虑必须达到的干扰隔离距离为0.35 m［7］；同时，采用MIMO 技术要求达到的隔离距离为3～4 λ，对应车地 无 线 综 合 承 载 系 统 （1785 MHz） 为0.50～0.67 m，公网4G 的频率也是1800 MHz 左右，因此隔离距离要求与此相近；公网5G 最低频率为2515 MHz，则隔离距离要求为0.36～0.48 m。因此在地铁隧道空间内，漏泄电缆之间的空间距离应尽量能够达到0.50 m，至少要达到0.35 m。由于地铁隧道空间有限，单侧无法提供满足隔离距离的全部空间，因此应考虑在隧道两侧均安装漏泄电缆。

4 频率干扰分析及措施

4.1 干扰源分析

地铁车地无线综合承载系统LTE-M 使用的Band 59 频段为1785～1805 MHz，共计20MHz 频谱资源。Band 59 频段所处位置特殊，位于移动运营商Band 3频段（上行1710～1785 MHz/下行1805～1880 MHz）FDD系统的上、下行隔离带上，如图1所示。

图1 LTE-M 与运营商网络间干扰示意图

目前，运营商对1800 MHz 频段使用情况如下：

1） 中国移动使用1805～1830 MHz 频带作为其DCS 无线网络的下行链路，与Band59 频段上界之间无隔离保护带。

2）中国电信使用1765～1785 MHz 频带作为其LTE FDD 无线网络的上行链路，与Band59 频段下界之间无隔离保护带。

4.2 措施

车地无线综合承载系统LTE-M 承载着CBTC地铁列车运行控制及调度指挥业务，其重要性不言而喻。为了确保LTE-M 不受公众运营商无线网络的杂散、阻塞和互调干扰，应满足以下需求：①确保承载两个系统的泄漏电缆相互空间距离满足安装位置要求，并尽量增大间距；②严格把控所用基站设备的带外抑制、杂散发射、互调产物符合国家相关标准要求；③对公网引入的上述频段信号应设置5 MHz 以上的保护间隔；④如需调整发射功率，必须先进行测试验证，保证不会对其他系统造成干扰后方可实施；⑤如果开通后仍存在干扰，则需运营商调整频率配置或加装滤波器来满足实际隔离需求。

5 结语

随着新技术的应用，漏泄电缆在不同频段的传输损耗指标可以得到更好的均衡，因此在后续实践中，还可进一步研究公网5G 与公网4G、公安无线通信系统设置的漏泄电缆合设的方案，进一步节约建设资源，缓解地下区间设备安装空间紧张的情况，并减轻未来运营维护工作。同时随着5G 频谱新的规划，还需要相应调整漏泄电缆的合设方案。