普速铁路隧道公网无线设计方案

2023-01-16费跃姜志威刘盛尧

工程建设与设计 2022年24期

费跃，姜志威，刘盛尧

（中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055）

1 无线设计

北京2022年冬奥会由北京、河北张家口联合举办，其中，太锡铁路太子城至崇礼段（以下简称太崇铁路）与崇礼、京张铁路一同形成崇礼城区与太子城比赛场馆、北京市区、张家口市区间的大能力、便捷、快速客运通道，可以有效满足冬奥会崇礼赛区交通需求，同时兼顾本地居民出行需求。

太崇铁路位于张家口市崇礼区境内，南起崇礼铁路太子城站，北迄崇礼区大夹道沟村崇礼站，大致呈南北走向，南端与在建崇礼铁路下花园至太子城段相接，北端预留向北延伸至锡林浩特条件。太崇铁路新建单线隧道共2座，合计14 434.26 m，占该段线路总长度的90.99%。最长隧道为和平隧道，全长8 944.26 m，位于河北省张家口市崇礼区太子城村至黄土嘴村之间。崇礼隧道全长5 490 m，位于河北省张家口市崇礼区黄土嘴村至大夹道沟村之间。隧道外区段已由沿线中国铁塔公司设置的公网基站及铁塔提供无线覆盖，本次方案主要针对隧道内的公网无线覆盖设计，从设备制式、漏泄同轴电缆（以下简称漏缆）方案和链路预算3个方面进行说明。

1.1 设备制式

目前，铁路隧道内普遍采用“RRU＋漏缆”的方式进行覆盖[1]，使用铁路红线外的BBU作为信源，RRU、POI设置于隧道洞室内[2]。信号由RRU、POI（多系统接入平台）馈入漏缆，POI对多制式信号合路后通过漏缆对隧道内进行覆盖[3]。考虑到普速单线铁路客运能力、车速条件以及既有土建条件，在满足公网通信覆盖条件下，运营商采用的设备型号制式主要有移动的FDD-LTE 1 800 MHz和TDD-NR 2 600 MHz、联通电信竞合的CDMA800、FDD-LTE 1 800 MHz和FDD-NR 2 100 MHz。

1.2 漏缆方案

高铁列车密封性好，穿透损耗较大[4]，目前5G公网漏缆一般采用5/4＂低损耗型漏缆，主要针对1 700～3 700 MHz频段，特点是高频信号传输损耗小，但对于1 700 MHz及以下频段信号传输损耗较大，若采用低损耗漏缆需另设置1条低频段专用漏缆传输CDMA设备的800 MHz信号，存在一定的资源浪费。而13/8＂全频段型漏缆的最佳使用频段为700～2 700 MHz，由于运营商设备工作频段集中在800～2 600 MHz，根据QZTT 3007—2016《无源分布系统射频电缆技术要求》，参照中国铁塔公司对11家厂家射频电缆的技术指标测试，13/8＂型泄漏电缆在最低的800 MHz频段的联通CDMA设备百米损耗约2.2 dB，最高的2 600 MHz频段的移动TDD-LTE设备百米损耗约6.2 dB。本次方案采用2条全频段型漏缆，其中POI设备的2.6 GHz频段端口已考虑5G设备的160 M带宽需求，器件隔离度指标远需满足系统间抗干扰要求。同时对于各系统内部干扰，可以通过频率配置来满足抗干扰的要求。本方案通过合理选取漏缆型号及配套连接设备可实现全部设备工作频段的接入要求。

漏缆卡具的形式、安装间距、防火卡具的安装应满足铁路施工的安装要求。公网漏缆安装卡具间距为1 m，防火卡具的安装间距为10 m，每个隧道进出口应先安装防火卡具，卡具应安装牢固。隧道口处的卡具应考虑适当加密处理。同时公网应采用阻燃型13/8＂漏缆，漏缆需满足铁路隧道内环境要求，并保证在本工程环境下工作安全可靠。即使在故障条件下，也不应对人身造成任何伤害。

根据RRU及POI设备接口数量，全频段漏缆与信源连接方式为：RRU（分布式基站）输出端口由馈线连接至POI输入端口，POI将全部系统信号合路处理后输出至漏缆。与目前5G信号单独设置漏缆的方案相比，该方案不仅满足移动、联通、电信三家运营商4G和5G设备的多进多出（MIMO）需求，有效地提升数据传输速率和无线链路可靠性，同时节约了工程投资。各设备连接关系如图1所示。

图1 公网洞室内设备连接关系

高铁列车车窗下沿距轨面高度约为2 m，车窗上沿距轨面约为2.8 m。根据铁塔公司和运营商的需求，结合照明电缆高度（铁路电力照明线与漏缆间距不应小于0.6 m），本方案使用两条漏缆分别挂设在距轨面2.1 m和2.6 m的高度，漏缆孔指向车窗。

1.3 链路预算

本工程为移动、联通、电信3家基础运营商共建共享，建设方案必须同时满足3家运营商各无线制式的技术指标。在铁路隧道区段场景中，无线覆盖主要体现在下行链路受限，因此，本次链路概算主要考虑下行链路概算。根据运营商设备参数，漏缆性能、列车型号，结合隧道结构可根据链路预算得出采用双漏缆方案各设备制式的单边覆盖范围，具体数值见表1。

表1 链路预算结果

根据链路预算结果，可看出移动5G设备单边覆盖距离最短，是设备间距的主要限制因素。要满足运营商全部设备的覆盖要求，则设备间距宜小于移动5G设备的两倍单边覆盖间距（642 m）。

2 公网洞室利用与改造

2.1 洞室尺寸改造

本次方案结合隧道既有洞室情况，隧道内RRU与POI安装在隧道综合洞室、通信洞室内，设备均挂设在墙壁上，设备应尽量挂设在洞室内的正面墙上，施工时可根据洞室实际情况对公网设备进行美观化摆放。公网设备可采用竖向安装以优化空间位置，但需采用防脱螺母安装或采用设备固定扁钢进行加固，以防止设备脱落。

对不满足空间要求的洞室，需进行土建改造，在保留原有洞室功能的前提下，为公网设备提供充足的安装空间。其中，检查井洞室由2 m（宽）×2 m（深）×2.2 m（高）改为4 m（宽）×5.35 m（深）×2.8 m（高），大避车洞宽度和高度不变，深度由2.5 m增加至5.5 m。此外，为了满足防火规范要求，需在隧道洞室中间增加防火封堵以及防火抗压门，规格与通信洞室保持一致。公网隧道洞室采用下走线方式，利用钢管防护引入洞室后，再沿墙壁布线。公网与专网合用的洞室，公网设备的安装应选择没有专网设备的侧壁，做到物理隔离。

2.2 洞室位置设置

根据既有洞室分布情况，按如下原则设置公网隧道洞室：

1）由于既有铁路通信洞室可满足公网设备安装空间要求，不进行二次改造。故本次设计充分利用铁路通信洞室。

2）根据链路预算，5G及4G设备按600 m间距布置，CDMA设备按1 200 m间距与5G及4G设备共用洞室。

3）为降低馈线过轨带来的损耗，减轻路局运营维护压力，两条公网漏缆及改造的公网洞室均与通信专用洞室保持同侧。

图2为截取崇礼隧道部分区段洞室改造示意。

图2 崇礼隧道部分区段洞室改造示意

3 配套工程方案

3.1 电源方案

本次方案在隧道口及隧道综合洞室设置公网设备，公网设备利用既有铁路电源供电，涉及新设供电设施、线缆以及太崇铁路主体工程配电设备的扩容设计等。新增公网用电负荷按三级负荷供电，公网设备原则上由铁路10 kV综合负荷贯通线上的基站、直放站箱式变电站供电。

3.2 光缆方案

本次方案中每台RRU设备的纤芯需求为4芯（1收1发+2芯备用），本工程每处设备点按照5台RRU设备考虑。RRU设备与BBU设备之间按照全部采用星型的最大连接方式考虑芯线运用，隧道内按照光缆整束管剖开的方案，确定每处洞室单侧光缆成端24芯，即洞室实际按“用二备二余一芯”。因此，隧道公网覆盖工程结合红线外BBU位置和红线内各隧道内RRU的数量，利用铁路通信电缆槽敷设144芯或288芯光缆，隧道间的明区段若需敷设光缆按直接拉通设计。