地铁隧道无线网络覆盖设计方案对比研究

王思宇

随着我国轨道交通事业的发展，乘坐地铁逐渐成为人们出行的重要选择，如何在地铁内提供稳定、高速的移动网络覆盖成为困扰运营商的一大难题。通过选取地铁覆盖中隧道覆盖这一分支，以天津地铁6号线一期工程为例，研究分析2种常用的隧道覆盖方案的特点，并总结出各自的优缺点，从而指导后续地铁隧道覆盖设计工作。

地铁 隧道覆盖 多系统合路平台 漏泄电缆

1 背景介绍

目前我国轨道交通发展迅速，相应地铁无线网络覆盖也随着人们的需求而迅速发展。未来移动通信的发展将从语音业务占主导地位转向以数据业务为主导，在地铁内提供稳定、高速的移动网络覆盖已势在必行。

为保证移动通信网络的性能，满足市场发展的需要，地铁项目作为室内分布工程建设中具有较大的经济效益、社会影响力也较大的目标，应予以优先覆盖，需重点解决。因此，地铁覆盖是一个可以实现通信运营商、地铁运营商、乘客“三赢”的举措。地铁覆盖与其他场景最显著的区别在于隧道覆盖，所以本文将主要研究地铁隧道覆盖设计方案。

1.1 地铁隧道无线网络覆盖特点

（1）地铁隧道为封闭式环境，无线信号在隧道环境中传播容易产生快衰落；

（2）列车车体会对无线信号产生屏蔽作用；

（3）接入系统多，覆盖要求高，安装环境要求高；

（4）采用POI（Point Of Interface，多系统合路平台）对信号进行合路；

（5）采用漏泄电缆对隧道进行覆盖。

1.2 地铁隧道无线网络覆盖需要注意的问题

（1）系统间干扰分析；

（2）切换区设定和重叠区域计算；

（3）隧道区间链路预算；

（4）容量分析。

2 地铁隧道无线网络覆盖方案介绍

地铁隧道中一般采用漏泄电缆进行无线网络覆盖。漏泄电缆是在隧道等狭长环境中经常使用的一种解决方案，具有信号场强分布均匀、覆盖距离长、有效覆盖范围窄等优点；其缺点是造价较高、弯曲半径大、施工难度大。

2.1 POI配置

隧道无线网络覆盖采用POI设备，将三家运营商不同的通信系统信号进行合路，并将合路信号馈入漏缆，从而保证覆盖指标，提升频率资源利用率并降低投资。POI功能原理示意图如图1所示：

以图1接入的8系统为例，根据链路预算，最受限的系统是频率最高的中国移动TD-LTE系统，覆盖距离为300m左右；覆盖距离最长的是中国电信CDMA800系统，覆盖距离为1000m左右。各系统由于频段不同，在漏缆中传输损耗也不同，因此造成覆盖距离长短不同，出现高频功率受限但低频功率富余的情况。为了解决这一问题，在隧道无线覆盖中可采用方案：在隧道中增加高频POI，对DCS1800、3G、4G等高频信号进行放大，而CDMA800、GSM900等低频信号进行透传。具体如图2所示：

根据上述分析，在隧道内对各个系统进行有源放大时存在两种情况：一是对全部系统进行放大；二是只对高频系统进行放大、低频系统透传。

2.2 链路预算

公式如下：

漏缆覆盖距离=（注入功率-（要求覆盖边缘场强+漏缆耦合损耗+车体和人体损耗+衰减余量+宽度因子+POI插损））/漏缆百米损耗

区间有源设备覆盖距离详见表1所示。

按照LTE系统切换完成所需时间最长0.5s考虑，地铁列车最高时速为80km/h，则所需场强重叠区为：s=v×t=（80000/3600）×0.5≈11m。

由上述计算可知，低频系统切换带长度为266m，高频系统切换带长度为66m；为了保证切换质量，笔者对上述结果做了一定预留，最终确定本工程隧道覆盖低频系统切换带长度为300m，高频系统切换带长度为100m。

2.4 隧道分段无线网络覆盖方案

所谓隧道分段无线网络覆盖方案，是指以地铁站点分段，将部分POI安装在地铁站厅层商用通信机房内，用7/8馈线将信号引至站台层漏缆合路点，覆盖站台及站台附近两侧隧道；其余POI放置在隧道内，根据隧道长度、三家运营商不同制式通信系统覆盖距离，合理布置全频、高频POI位置，将切换带放置在高速区域，且不能将切换带落在站台上。隧道分段覆盖方案示意图如图3所示。

2.5 隧道连续无线网络覆盖方案

所谓隧道连续无线网络覆盖方案，是指将地铁隧道看作一个整体，POI全部安装在地铁隧道内，根据隧道长度、站台长度、三家运营商不同制式通信系统覆盖距离，合理布置全频、高频POI位置，将切换带放置在高速区域，且不能将切换带落在站台上。隧道连续覆盖方案示意图如图4所示。

3 地铁隧道无线网络覆盖案例

3.1 站点概况

天津地铁6号线一期共26个车站，包括1个地上站和25个地下站，覆盖隧道长度为55.24km（双向）。

3.2 设计方案

针对天津地铁6号线区间隧道及站台实际长度，分别给出分段覆盖方案和连续覆盖方案，具体工作量如下：

（1）分段覆盖方案：新增POI 152套，包括全频POI 66套和高频POI 86套，7/8馈线5000m，漏缆116 950m；

（2）连续覆盖方案：新增POI 120套，包括全频POI 84套和高频POI 36套，漏缆116 950m。

天津地铁6号线隧道连续覆盖方案示意图如图5所示。

4.3 工程造价对比

针对隧道无线网络覆盖，方案1共使用152套POI设备，方案2共使用120套POI设备；全频POI设备数量有所增加，节省了高频POI设备。

（1）方案1总投资2 215 994元，其中需要安装的设备费为2 103 065元，建筑安装工程费为112 929元；

（2）方案2总投资1 681 571元，其中需要安装的设备费为1 630 679元，建筑安装工程费为50 892元；

（3）差额为534 424元。

根据以上投资对比，可以看出：

（1）方案2比方案1节省了POI设备，从而节省了部分设备投资；

（2）由于方案1的POI设备安装于机房，额外增加了一部分POI至站台合路点之间7/8线缆投资；

（3）方案2节省了POI和7/8线缆的施工费。

5 结论

本文通过对地铁隧道无线网络覆盖进行深入研究，剖析了影响地铁隧道无线网络覆盖指标的重要技术节点。根据天津地铁6号线一期工程这一实际案例，分别给出2种地铁隧道无线网络覆盖方案并比较各自的优缺点，得出结论如下：

与分段无线网络覆盖方案相比，采用连续无线网络覆盖方案覆盖地铁隧道在保证覆盖效果不变的前提下，节省了整体工程投资，降低了施工难度并加快了网络建设速度。在各运营商竞争激烈、压榨建网成本的今天，隧道连续无线网络覆盖方案以其优秀的覆盖质量、较省的整体投资，为探索地铁隧道无线网络覆盖指出了新的道路。

参考文献：

[1] YD/T 5120-2005. 无线通信系统室内覆盖工程设计规范[S]. 2005.

[2] YD/T 5115-2005. 移动通信直放站工程设计规范[S]. 2005.

[3] GB 8702-2014. 电磁环境控制限值[S]. 2014.

[4] 朱春生. 地铁覆盖方案浅析[J]. 数据通信， 2012（2）： 52-54.

[5] 王旭. 地铁TD-LTE覆盖方案研究[J]. 邮电设计技术， 2013（8）： 39-42.

[6] 郭峰. 基于共建共享规范的地铁型公共场所无线信号覆盖及优化研究[D]. 天津： 天津大学， 2012.

[7] 龚小聪. 地铁移动通信系统切换设计[J]. 铁道通信信号， 2005（12）： 49-50.

[8] 谢卫浩，徐明. 公众移动通信系统地铁覆盖实现方式探讨[J]. 广东通信技术， 2004（5）： 23-27.

[9] 龚小聪. 地铁移动电话引入系统设计探讨[J]. 地铁与轻轨， 2002（1）： 36.

[10] 王辉，吴闯龙. 地铁建设中民用通信系统的关键技术探讨[J]. 城市轨道交通研究， 2004（4）： 30-32.