地铁民用通信系统传输设计方案探讨

闫国梁　马丹　王树森

【摘 要】为了解决地铁民用通信系统的传输系统设计问题，通过采用对比探讨、逐层深入方式，分析了青岛地铁R1线地铁车站、地下隧道和山岭隧道三种场景的传输系统设计方案，提出了纤芯按需分配的均衡方案，并经过实际方案数据分析，发散思维提出合理化建议。

【关键词】地铁隧道 民用通信系统 传输系统 纤芯分配

1 引言

近年来，我国城市轨道交通发展迅猛，地铁成为城市交通的重要组成部分，是民众出行的重要工具。地铁建成后，由于受到现场环境与系统环境的限制，地下站厅、台层和隧道内都是公共移动通信的盲区，人员密集、流动性大并有多种移动通信需求。将民用通信系统引入地铁车站和隧道，以实现无障碍通信，并利用地铁提供的通信人井、机房、托架等资源为地铁运营提供支持，具有重要的社会效益和经济效益。地铁民用通信系统一方面承担大量的日常民用通信需求，满足地铁用户日常的通信联络体验，提升城市形象；另一方面可以作为地铁应急通信系统的重要补充，在紧急情况下分担地铁应急系统的通信需求。本文以青岛地铁R1线民用通信系统传输网络的建设实践为切入点，尝试探讨传输网设计方案如何同时满足三家运营商需求，以及如何在节省投资和考虑长远发展之间取得平衡。

2 青岛地铁R1线概况

青岛地铁R1线是青岛市开工建设的第三条地铁线路，也是连接青岛东部、西部及北部的一条骨干线路，同时还将青岛老城区、行政中心、商业中心、东部文化中心、北部生活中心等一系列市区内比较大的客流集散点连接在一起。青岛地铁R1线线路总长为58.4 km，共设车站22座，其中包含4座地下车站、18座地面高架车站以及5段地下隧道、3段山岭隧道。

按照使用主体的不同，地铁通信系统分为运营通信系统、警用通信系统和民用通信系统。运营通信系统、警用通信系统均由地铁建设单位按照各自的国家标准及行业标准负责投资建设和运营维护。在我国，地铁民用通信系统是地铁建设的重要组成部分，地铁投产运营之前需要同时开通，由三大运营商按照运营商通信系统的建设标准负责投资建设和运营维护，地铁公司提供必要的施工和维护条件。

地铁民用通信系统包含移动通信引入系统、传输系统、电源及接地系统、网管系统和通信线路系统。其主要是解决地铁内部的无线网络覆盖，满足乘客的语音及互联网上网需求，并解决地铁车站内部商业用户的语音专线、数据专线及互联网专线的业务需求。

青岛地铁R1线民用通信系统的地上车站及地上线路部分由各运营商原有通信系统解决，其余部分的通信系统由地铁民用通信系统解决。通常情况下，民用通信系统的传输系统各运营商都是独立建设，并通过各自的传输网络解决无线公众网的传输接入。但在一些特殊场合由于受到现场环境与系统环境的限制，如地铁车站、隧道等特殊场景设备安装空间有限，不可能满足多家运营商同时建设，需要综合考虑各种因素建设一张既能满足各运营商的业务网络近期需求，又能满足其长远发展的传输网络。

3 青岛地铁R1线传输系统设计方案

3.1 青岛地铁R1线民用通信系统

青岛地铁R1线民用通信系统根据不同的专业，主要由无线信源部分、电源配套部分和傳输系统部分组成。具体如图1所示。

（1）无线信源部分主要包括：POI（Point Of Interface，多系统合路平台）及其以下的室内分布系统、泄漏电缆。

（2）电源配套部分主要包括：开关电源、综合柜、龙门架、POI机柜和动力监控等设备，综合柜、龙门架、设备底座等设备的电源线及保护地线；机房走线架、接地子排、光纤走线槽，隧道内各设备点位的配电箱。

（3）传输系统部分主要包括：地铁车站外光缆交接箱；地铁车站外光缆交接箱至机房的光缆；机房内ODF（Optical Distribution Frame，光纤配线架）；BBU（Building Base band Unit，基带处理单元）和隧道RRU（Radio Remote Unit，射频拉远单元）间的连接光缆；车站之间在隧道内的连接光缆。

3.2 传输系统的设计分工界面

青岛地铁R1线民用通信系统是由中国铁塔青岛分公司牵头和三家运营商青岛分公司配合分工建设，具体如下：

（1）中国铁塔青岛分公司牵头建设内容包括：车站外光交箱、车站外光交箱至机房的光缆、机房内ODF、传输设备的安装，电源线及接地线的敷设、BBU和隧道RRU间的连接光缆、车站之间在隧道内的连接光缆布放等。

（2）三家运营商青岛分公司配合建设内容包括：基站至车站外光交箱的传输光缆、提供整套传输设备（含电源线、接地线、光缆连接器），机房内ODF至传输设备、BBU至RRU、ODF至RRU的连接跳纤，隧道内RRU至隧道内壁挂式光交箱的连接跳纤等。

3.3 传输系统的设计原则

传输系统部分设计方案首先要满足地铁方面的整体要求、中国铁塔及三家运营商的需求。尽量利旧地铁已有资源，节约建设投资成本，并结合无线信源部分方案的需求，综合考虑运营商的后期业务发展合理设置光缆分纤点。其次要满足工程建设需求，为后期业务发展适当预留。考虑不同组网方案，结合三家运营商意见，设计方案满足本期建设需求和适度余量。此外，还需要满足现场施工的需求，勘察车站、隧道现场情况，综合考虑三家运营商的原有管道和光缆资源，合理设置光缆接入点，方便光缆施工和上联光缆的接入。

3.4 传输系统的设计

（1）无线信源部分对纤芯的需求

青岛移动拟建GSM900系统、TD-LTE系统F频段和E频段，青岛联通拟建GSM900系统、WCDMA系统和FDD-LTE系统1 800 MHz，青岛电信拟建CDMA800系统、FDD-LTE系统1 800 MHz和2 100 MHz，其中青岛移动TD-LTE系统D频段、青岛联通DCS1800系统做预留。本方案满足三家运营商接入9个系统，并预留备用纤芯满足后期系统的接入。endprint

设计方案时，按照1个系统主用2芯纤芯，每个设备接入点安装18芯以上就能保证设备正常开通运行；考虑到光缆纤芯的备用情况，在条件允许的情况下每个设备安装点光缆成端均大于18芯。

（2）青岛地铁R1线传输系统的设计方案

青岛地铁R1线民用通信系统的建设主要是受到地铁整体规划建设方案的制约，需要在地铁建设期间同步进行民用通信系统的设计，地铁建设单位划定的施工窗口期内按时完成地铁民用通信系统的施工和开通。同时，需要与地铁建设的设计和施工单位密切沟通，保证设计方案的合理性和可实施性。

根据不同的覆盖场景，青岛地铁R1线民用通信系统分为地铁车站系统、地下隧道系统和山岭隧道系统。其传输系统的设计综合考虑运营商传统传输系统设计思想和传输设计的成功经验，并进行大胆创新，成功提出并运用了一些新的设计理念。

地铁车站系统光缆线路方案外来光缆接入点统一设置。由民用通信机房至车站出入口通信人井布放一条144芯光缆，车站出入口通信人井就近设置576芯光缆交接箱，144芯光缆全部成端，三家运营商每家48芯，满足各家运营商灵活组网和光缆接入需求。

光缆系统设计摒弃了传统的线型结构纤芯递减的144芯+96芯+72芯组网结构，采用了线型结构纤芯无递减的144芯组网结构，为纤芯资源做了适当预留。地下隧道系统和山岭隧道系统左右线隧道内各布放一条144芯光缆。在此基础上，提出了光缆分纤点主用纤芯、备用纤芯和保护纤芯的概念：

主用纤芯满足光缆分纤点无线设备安装点的纤芯需求；

备用纤芯为主用纤芯提供全程1：1的备份，当主用纤芯失效时直接启用备用纤芯，也可以满足新的业务需求；

保护纤芯为主用和备用提供1：1保护，主要是在每个光缆分纤点处设置的壁挂式光缆交接箱往两个方向不同路由、不同机房的接入，当一个方向的光缆纤芯全部失效时从另一个方向的光缆纤芯接入，保证无线信号覆盖不中断。

传输设备系统的光缆双路由保护及端到端备用纤芯预留，保障传输设备系统在每个机房的传输设备都有来自不同方向、不同路由的光缆接入，并和各运营商的外部原有光缆及设备资源组网形成环网保护，保证整个传输设备系统的安全可靠运行。预留的端到端备用纤芯可以满足紧急情况下的纤芯需求。

光缆分纤点成端按需设计，地下隧道系统、山岭隧道系统的光缆分纤点有以下两种成端方式：

方式一：纤芯在光缆分纤点全部成端

三家运营商的纤芯分配明确、维护方便，纤芯使用灵活性较大，但线路系统跳接点较多、衰耗较大，投资相对较高。

方式二：纤芯在光缆分纤点按需成端

线路系统跳接点少，投资相对较少，但纤芯分配相对固定，综合维护相对困难，易出现运营商之间纤芯乱用的情况。

综合考虑各方面因素，推荐方式二（纤芯在光缆分纤点按需成端）。

4 思考及展望

青岛地铁R1线传输系统的设计参照工信部联通[2014]586号文《工业和信息化部 国务院国有资产监督管理委员会关于2015年推进电信基础设施共建共享的实施意见》，在国内业界率先提出并实施了由中国铁塔公司牵头、三家运营商配合的建设模式。三家运营商共建一套传输系统，在满足近远期业务需求的前提下减少了重复建设，提高了通信基础设施利用率，为三家运营商节约了近2/3的投资。

传输系统的设计综合考虑了光缆芯数及隧道光缆分纤点之间的矛盾，以及后期施工过程中的设计变更，如设备点偏移位置过大、机房至地面光缆交接箱的线路路由不通、隧道内槽道空间小、槽道间距小、是否存在电磁干扰等。光缆选型设计中考虑施工单位技术能力及后期建设单位的维护能力，采用了带状光缆，光缆成端费用节约了90%；设计中选择的GYDTZA53光缆为低烟、无卤、阻燃，带加强芯，双铠双护套铠装阻燃光缆，充分考虑了地铁的施工及使用环境，同时可以最大程度地保障在发生自然及意外灾害时光缆系统的安全。

随着无线网络技术的演进，5G网络预计将会商用部署，青岛地铁R1线传输系统的设计不仅满足了三家运营商现有无线网络的各种设备制式的传输需求，还兼顾了5G网络和其他业务长远的发展需求。

传输系统的光缆芯数选择144芯的方案比选择144芯+96芯+72芯的方案总投资造价高了15%，但是光缆系统预留的备用资源完全可以满足5G网络的需求，同时在每个光缆分纤点都设置了反向保护纤芯，保证在主用纤芯出现故障时直接进行业务倒换。

青岛地铁R1线传输系统光缆纤芯分布统计表如表1所示。

青岛地铁R1线开通运营后，由于运营时间和维护保障时间的安排能给予进行传输系统光缆部分再建设的施工窗口期很短，施工难度大且周期长；若地铁配套设施各方面不具备条件，则不能进行再建设。因此，上述适度超前的设计方案在一定程度上避免了未来传输系统可能需要根据需求重新建设的问题，同时也避免了投资过大的问题。

随着各主流厂家现有无线网络设备制造技术的发展，未来无线系统主设备互联可能1芯就可以满足；各种传输新技术的演进，比如PON（Passive Optical Network，无源光纤网络）传输技术，未来也可能承载无线系统的需求。现有无线系统有可能部分退网，那么占用的纤芯则可以腾退一部分。

5 結束语

地铁民用通信系统的设计，尤其是传输方案的设计需要通过工程的积累、不断地优化，用低成本、高保障来满足民用通信系统对传输系统的需求。本文对青岛地铁R1线民用通信系统传输设计方案进行了探讨，详细介绍了设计的流程、思想和方案，希望通过本案例直观、多视角展示出方案的可行性和优缺点，达到举一反三、交流学习的目的。在传输系统建设的过程中还可能会遇到其他问题，需要选择合理的设计方案，同时积极跟进通信技术的发展，采用新技术来解决。

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