城市轨道交通中商用无线移动通信的引入

关 强

(北京城建设计发展集团股份有限公司 北京 100045)

城市轨道交通中商用无线移动通信的引入

关 强

(北京城建设计发展集团股份有限公司 北京 100045)

为了解决地铁中移动电话通信时经常遇到的问题，对目前国内各城市多条地铁线路商用无线移动通信系统在工程设计和实施过程中遇到的问题、技术难点进行分析，从明确商用无线移动通信引入的业务需求、设计范围及内容、设计过程中应重点关注的内容等方面进行分析、研究。

城市轨道交通;移动通信系统;覆盖;隔离度

随着时代的进步、通信技术的发展和人们生活节奏的加快，随时随地通信已经成为人们在日常生活、工作、学习等一系列社会活动中必不可少的需求。进入21世纪后，移动通信以迅猛的发展速度逐步在人们各式各样的通信手段中占据了绝对重要的地位，大家希望在社会的每一个角落都能使用移动通信与外界互通。

与此同时，城市交通的飞速发展也成为人类文明不断进步的标志之一。随着城市人口数量的快速增长，如何快捷、便利、优质地解决人们的出行问题，已成为政府职能部门迫在眉睫需要解决的重要问题之一，更是创建和谐社会的必要保证。

1 商用无线通信引入地铁

乘坐过城市轨道交通(以下简称“地铁”)的人可能都有过这样的感受：无论你是中国移动的用户，还是中国联通的用户，或是中国电信的用户，在使用移动电话通信的时候，经常会遇到电话接不进或打不出去、通话时断时续、进入隧道无法通信等一系列影响通话质量的问题。因此，将商用无线移动通信引入地铁势在必行。地铁是一个相对比较封闭、狭长的空间，在这样的环境下将商用无线移动通信引入，对于设计而言应注意一些问题。

1.1 移动通信引入地铁的业务需求

商用无线移动通信引入地铁系统，实际上是地面商用无线移动通信系统的延伸，是为了满足乘客在乘坐地铁时能享受与地面一样的移动通信服务。

目前，中国的公众商用无线移动通信运营商及网络主要包括：中国移动的GSM 900 MHz，TD－SCDMA;中国联通的GSM 900 MHz，WCDMA;中国电信的CDMA 800 MHz，CDMA2000。商用无线引入地铁就是要将这些不同运营商、不同制式、不同频段的信源引入地铁内，包括地下站厅、站台、商业区、换乘通道、运营隧道等，并完成全线相应区域的信号覆盖。根据建设方的不同要求，有些商用无线移动通信引入地铁的项目还包括调频广播和无线局域网等，这能最大限度地满足人们出行对获取信息的需求。

1.2 移动通信引入地铁的设计范围及内容

将移动通信引入地铁工程，其主要设计内容就是将地面的信源引至地下空间，并根据相关标准、技术规范以及业务需求，完成地下空间的无线信号的覆盖、传输链路的配置及相关配套工程的建设。

1.2.1 无线信号的覆盖范围

无线信号的覆盖范围包括需要覆盖的地铁线路总长度，每段运营隧道区间的长度，有无超长隧道区间，沿线地下车站的站台、站厅、商业区以及其他公共区域的分布，是否需要覆盖非运营线路、库线、支线等。

1.2.2 信号源的引入方式

目前通常的做法是将各个信号源通过分合路平台(POI)进行汇集，然后通过漏缆及天馈系统覆盖相应的区域。信源(基站)本身的建设包括载频数的确定、频率规划等，均由各运营商负责，地面信源的引入点及数量需根据工程的具体情况由双方协商确定。移动运营商的基站设置在各个地铁车站的商用通信设备室内，而每个移动运营商基站的基带信号可由某站一点引入，也可从几个车站分散引入。考虑到信源引入的可靠性，一般建议每个运营商按多点集中引入。

1.2.3 传输链路的配置

传输链路的配置一般采用单建传输系统来解决。在传输链路需求不是很大的情况下，也可以利用地铁专用通信的传输系统所提供的中继链路。

1.2.4 无线信号的覆盖方式

在一般情况下，对于车站的站厅、换乘厅、出入口旅客通道、办公区等公共区域，无线信号多采用室内天馈线方式完成相应区域的覆盖;对于隧道区间，多采用在隧道侧壁敷设泄漏同轴电缆的方式覆盖;对于换乘通道、站台，既可以采用室内天馈线方式覆盖，也可以采用泄漏同轴电缆方式覆盖，亦可两种方式同时采用。

2 设计工作中的方案细化

在明确了设计的范围和内容以后，接下来就要遵循经济性、安全性、成熟性、合理有效性、兼容性、可维护性、可扩展性和美观性等原则，完成系统设计方案并进行细化。

2.1 车站站厅层、商业区的辐射方案

目前，由于各个运营商的网络制式、频率及业务种类均不相同，因此宜采用宽频带的组网方式。例如，为了减少天馈线及泄漏同轴电缆的数量，采用宽频带天线和宽频带泄漏同轴电缆，多系统共用;采用上下行链路分置方式，提供充分可靠的隔离度，以满足不同运营商的信号合路与分路;利用分合路平台(POI)，实现多业务复用，将信号源的信号均匀分布在地铁需要覆盖的区域。同时，必须考虑国家对于电磁波卫生环境的要求，在天线选择方面应选择功率适当的天线。除此之外，还应尽量采用全无源系统，可以减少系统噪声，提高系统质量。

车站站厅及商业区的信号分布可采用泄漏电缆和天线两种方式。采用泄漏同轴电缆方式，在保证通信的传输质量和信号覆盖稳定的基础上，可较为容易地控制信号的分布，避免与地面信号产生干扰，但存在造价较高、施工难度大的缺点。采用天线覆盖，只要设计合理也能达到同样的效果。除没有上述缺点外，在站厅层等处采用金属天花板装修时，安装效果要美观得多。通过对天线的合理布置，也可以有效地控制信号覆盖区域。所以，一般建议采用天线完成对地铁站厅层及物业区的覆盖。例如，圆形全向吸顶天线一般采用吸顶的安装方式，而板状定向天线一般采用侧墙壁挂的安装方式。当天线设置采用收发分开的方式时，收发天线的间隔约为50 cm，不宜过大或过小。而对于馈(射频)缆，在有吊顶的地方应尽量安装在吊顶内部，在没有吊顶的地方贴顶安装或侧墙安装，并且所有的馈(射频)缆均应采取防护措施。

2.2 隧道区间、站台层的辐射方案

区间泄漏同轴电缆射频信号的辐射可采用两种方式：一是上下行信号同缆传输辐射，二是上下行信号分缆传输辐射。同缆方式与分缆方式比较，可节省1/2的泄漏电缆，但存在严重的干扰问题。目前，中国移动和联通两个GSM系统工作频段的上行频点高端与下行频点低端的间隔很小，当采用同缆方式时上下行之间的干扰难以彻底隔离，在功率较大的情况下各系统还会产生严重的互调干扰。

国内外地铁的使用情况表明，只有采用分缆方式才能克服在同缆方式中存在的严重干扰。因此，为保证对用户提供优质的服务，一般建议采用泄漏同轴电缆上下行分缆的辐射方式。泄漏同轴电缆应安装在隧道内的弱电墙侧，采用卡具、吊筋等方式固定于侧墙上。当漏缆设置采用上下行分缆的辐射方式时，应保证上下行漏缆的间隔约为30 cm，以满足隔离度要求。漏缆的高度应与列车的车窗处平行，开口方向应基本垂直于列车车窗。

2.3 隧道出入地面时射频覆盖的切换方案

为满足地铁列车从地面进出隧道时手机的切换要求，一种是将隧道外的射频信号接收下来后直接引入到隧道泄漏同轴电缆中，另一种可考虑将隧道内泄漏同轴电缆沿轨道延伸出地面一定距离，满足场强平滑过渡的要求，避免掉话。

3 设计工作中的其他问题

3.1 链路预算

3.1.1 区间隧道泄漏同轴电缆的设置

随着移动通信用户数量和移动数据传输量的高速增长，移动通信系统正朝着使用更高频段的方向发展，因此应采用包括GSM 900 MHz、CDMA和3G系统频段的优质宽带泄漏同轴电缆，以此作为商用无线移动通信系统的无线传输通道。

根据各系统技术指标的理论计算，结合目前各厂家提供的泄漏同轴电缆技术性能指标以及各地地铁移动通信覆盖工程的实际测试，提出如下建议：在站间距离大于1.2 km的区段，对900 MHz GSM和800 MHz CDMA系统应该考虑增加直放站;在站间距离大于0.6 km的区段，3G移动通信系统应该考虑增加射频拉远单元(RRU)。

3.1.2 车站站厅及地下商业区的天线覆盖

在地铁车站站厅及商业区，信号传播损耗非常接近自由空间的情况，可按以下公式进行计算，有

式中：Ls为信号传播损耗，dB;d为传输距离，m;f为电波频率，MHz。

根据各引入系统射频信号输出及场强覆盖的要求，结合系统构成及接收机的灵敏度，考虑电波传播在建筑结构上的衰减及系统余量，并根据以往的实际测试结果，在3G对应的2 GHz频段，传输距离在30 m左右。结合地铁站厅的面积，商用无线移动电话系统的天线按上行和下行分设若干副800～2 200 MHz的全向天线，可以满足系统的传输要求。同时，上行和下行天线之间应相隔一定的距离，以保证上下行回路之间的隔离度。

3.2 电磁兼容

电磁兼容在射频系统设计中是一个非常重要的问题，对多系统兼容的地铁移动通信覆盖则更是一个难题。地铁移动通信射频分配系统的干扰主要来自以下方面：一是由于系统本身所使用设备、材料和元器件的非线性，二是由于同一区域不同运营商系统间频段间隔不够，三是由于运营商系统信道配置不合理等因素。

针对以上几个方面的难点，采取如下对策：首先，在设备、材料和元器件的选型上，选用功率容量大、线性良好的产品;其次，在分合路平台(POI)上，对相邻系统的隔离度提出严格而合理的要求，并仔细平衡上下行之间的隔离度;再次，请移动运营商合理配置信道。

另外，与地铁专用数字集群通信等系统之间也应保证有50 dB以上的隔离度，以避免系统间的干扰。

在地铁车站出入口施工时也要进行定点测试，天线安装位置既要保证切换平滑，将切换区控制在一定的范围内，又要有效地控制站内天线系统信号的外溢，避免对站外的干扰。

3.3 设备限界

由于地铁的环境比较特殊，其空间非常有限，而运营安全始终被放在首位，因此在与地铁有关的设计中，限界问题尤为重要。比如，在长大隧道区间内，需要增设区间光纤直放站远端机和射频拉远单元(RRU)来满足隧道内部的信号覆盖，那么在安装时必须遵循《地铁设计规范》中有关限界的规定，将这些设备尽量安装于侧墙凹陷处。再如，为保证行人通行以及信号的质量，无论是吸顶式天线还是壁挂式天线，其安装位置不宜过低。

3.4 配套系统

为了保证系统网络可靠、稳定地运行，还应根据业务需求进行相关配套系统的设计，主要包括：设置不间断电源UPS系统，并根据需求配置蓄电池;对部分设备进行备份;对部分系统，特别是传输系统，要考虑传输链路成环等。

商用无线移动通信的引入不是一个孤立的系统工程，还需要与其他专业相互协调与配合，其中包括传输专业、供电专业、建筑和结构专业、管线综合专业、装修专业、暖通专业等。因此，在引入设计时，需要同这些相关的专业划清分工界面(即接口)，避免在设计过程中发生因接口划分不清而导致同一事情要么没人做、要么重复做的问题。

4 结语

移动通信技术正以惊人的速度迅猛发展，特别是商用移动通信。目前，国内3G技术刚刚普及，4G技术正在发展之中。未来地铁内部的商用移动业务将越来越丰富，从而会造成频率环境越来越复杂，系统设备越来越繁多，导致设计难度大大增加。只有在工程设计中对经验、教训不断总结，才能为后续工程的顺利实施奠定坚实的基础。

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Adoption of Commercial Wireless Mobile Communication System in Urban Rail Transit

Guan Qiang
(Beijing Urban Construction Design ＆ Development Group Co.，Ltd.，Beijing 100045)

To solve the problems encountered in wireless mobile communication in metro lines，the problems and technical difficulties in the implementation of commercial wireless mobile communication system of several subway lines were analyzed.The paper studied and analyzed business requirement of commercial wireless mobile communication system，its design scope and contents and the focus of the design contents.

urban rail transit;mobile communication system;coverage;insulation

U231.7

A

1672－6073(2014)02－0094－03

10.3969/j.issn.1672 －6073.2014.02.023

2013－03－05

2013－08－05

关强，男，工程师，从事城市轨道交通通信系统的设计和研究，guanq2046@126.com

(

郭 洁)