支持5G共建共享和多系统共存的地铁隧道覆盖方案

杨 新，贺肖荣，王 进（中国联通重庆市分公司，重庆 400000）

1 概述

截至2019 年底，我国的地铁已覆盖45 个城市，里程超过1 万km，是人们出行的重要方式之一。地铁是运营商网络覆盖的重要口碑场景，在5G已商用的情况下，如何实现多家运营商多个通信系统（2G/3G/4G/5G）的共存、实现良好的覆盖和干扰协同，是地铁网络覆盖建设的重要课题和难点。本文将以重庆轨道环线二期的网络覆盖为例，从多运营商共建、多系统共存、中国联通（以下简称联通）和中国电信（以下简称电信）5G 共建共享的需求出发，研究可满足多系统覆盖和干扰共存、同时支持5G 共建共享的覆盖技术方案，并通过实际的运行和测试结果进行验证，总结可用于工程推广的技术手段和解决方案。

2 支持5G的地铁隧道覆盖方案

2.1 重庆轨道环线二期建设方式及面临问题

重庆轨道交通环线二期是重庆市轨道交通的重点线路，于2019年12月通车。网络覆盖建设涉及6个地下车站和8.84 km 轨行区。在轨道的网络覆盖上，3家运营商共建共享，轨行区采用POI+泄漏电缆，站厅站台采用数字化室分；其中铁塔公司承建轨行区漏缆分布系统和配套以及站厅站台的电源配套，运营商各自负责轨行区主设备、站厅站台数字化室分的建设。

地铁轨行区的覆盖建设，一般采用POI+泄漏电缆方式进行共建共享，由于频率组合、设备功率、POI 性能、分布系统干扰抑制水平等因素影响，经常存在多系统的干扰问题。按照中国联通的干扰指标要求（4G RSSI＜-95 dBm，3G RTWP＜-100 dBm），重庆地区前期建设的许多线路均存在不达标情况，干扰RRU 的比例通常在5%～10%，这对网络整体性能和用户感知有较大的影响，在上下班高峰期尤为明显。因此，干扰协调和控制是地铁轨行区覆盖建设必须重点解决的问题。

2019 年6 月，我国发放了5G 牌照，地铁作为重点口碑场景，必须考虑5G 系统的接入问题。同时，在2019 年9 月，联通和电信达成了5G 共建共享协议，地铁的覆盖还需要考虑对5G 共建共享的支持。由于5G频段频率较高、信号衰减快、输出功率大、且传统线缆及器件的支持能力限制，地铁轨行区的5G覆盖方案需要解决较多的覆盖和干扰控制问题。

2.2 支持多系统共存和5G共建共享的技术方案

2.2.1 接入通信系统及覆盖方案

在重庆轨道环线二期的覆盖方案上，综合考虑接入系统需求、建设成本、实施难度等因素，在轨行区采用“POI+2根泄漏电缆”的方式进行覆盖建设（4根泄漏电缆的安装存在困难且造价较高），在接入的通信系统上满足3 家的多个系统，一共涉及2G/3G/4G/5G 网络的15 个系统（其中11 个系统使用、4 个系统预留），采用13 端口的POI 设备，各运营商接入的系统、频段如表1所示。

2.2.2 泄漏电缆选型

以往的地铁轨行区覆盖建设中，泄漏电缆一般采用13/8 英寸漏缆（支持800～2 700 MHz 频段），有多年使用的经验，漏缆运行稳定可靠。考虑5G系统的接入后，原有13/8漏缆无法满足5G 频段，需要采用支持5G（800～3 600 MHz）的5/4''泄漏电缆。相比13/8''泄漏电缆，5/4''泄漏电缆属于新型漏缆，工程应用少，虽然支持频段更宽，但各频段的传输损耗更大，对覆盖方案提出了更高的要求。为了确保对5G 的支持和多频段覆盖性能，综合考虑漏缆的业界生产能力，在漏缆选型时，采用了将传输损耗和耦合损耗相结合的最大允许损耗方式提出了对5/4''泄漏电缆的性能要求，如表2所示。

表1 轨道环线二期覆盖接入的通信系统情况表

表2 5/4''泄漏电缆性能要求

2.2.3 泄漏电缆开断点方案

根据各系统的发射功率、器件性能、覆盖指标要求，对照新型5/4''泄漏电缆的性能指标，通过链路预算确定各接入系统设备的漏缆覆盖距离，核算结果如表3所示。

目前，5/4''泄漏电缆应用较少，尚无可直接应用的经验方案和数据。因此，在重庆轨道环线二期覆盖的开断点方案选择上，因5/4''泄漏电缆覆盖性能的不确定性，为了确保覆盖达标，并满足干扰控制的功率限制要求，轨行区的漏缆开断点按400 m考虑。

2.2.4 POI设备选型

POI 是漏缆分布系统的重要器件，对多系统的共建共享整体性能和效果有重要影响，需要选择高性能的器件。在POI设备选型上，主要考虑接入端口能力、支持频率、隔离度、干扰抑制、功率容量等性能指标，为了解决干扰问题，重庆轨道环线二期覆盖的POI 器件重点关注三阶互调抑制能力和端口隔离度，具体选型指标如表4所示。

表3 链路预算核算表

在覆盖和接入方式上，每个断点使用2 个POI 进行双向覆盖，具体的覆盖和连接方式如图1所示。

2.2.5 多系统干扰控制方案

2.2.5.1 多系统频率组合及设备功率方案

根据高铁和地铁的建设经验，3 家运营商都使用1.8～1.9 GHz 频段时，既有DCS1800、TDF 频段（1900）、又有LTE1800（联通和电信），多系统组合后的相互干扰较大，其中受影响较大的是中国移动（以下简称移动）TDF1900、联通LTE 1800 和WCDMA 2100 系统。为减少和控制干扰，采用以下方式进行干扰控制。

a）多系统频率组合。在频率组合上，进行3 家运营商的频率协同，在频率组合时避免干扰风险大的相邻频段的使用，移动不使用TDF1900 频段、电信不使用LTE1800（与轨道调度频率也存在干扰），以减少1 800 MHz和2 100 MHz频段的干扰。

b）各通信系统输入功率限制方案。为减少叠加在POI器件上的干扰风险，3家运营商共同约定2G/3G/4G 系统主设备的输出功率不超过40 W。

图1 轨行区POI连接和覆盖方式

2.2.5.2 POI及分布系统干扰抑制要求

表4 POI器件选型要求表

干扰抑制是一个系统能力，必须同时提高POI 器件和漏缆分布系统的干扰抑制能力。参考前期工程的试点经验，提升了轨道环线二期覆盖中轨行区POI及漏缆分布系统的干扰抑制能力：POI 器件三阶互调抑制能力应优于-155 dBc（PIM≤-155 dBc@+43 dBm×2），漏缆分布系统验收指标中的整体干扰抑制能力应优于-140 dBc。

2.2.5.3 漏缆分布系统施工工艺及接头

隧道内环境恶劣，列车运行振动大，从实际运行经验来看，轨行区的漏缆分布系统易老化、接头易松动，容易导致高干扰问题。因此，为减少干扰，必须提升漏缆分布系统的施工工艺，特别是各接头的施工规范性，同时采用专用的接头防水和加固外套，确保接头紧固、防水、耐久。

2.2.6 5G共建共享技术方案

轨道环线二期的覆盖方案考虑了对5G 系统的支持，泄漏电缆选型、POI 端口等方面都满足5G 要求，联通和电信按照独立的POI 端口预留给5G，其中联通端口为3 500～3 600 MHz，电信端口为3 400～3 500 MHz（在联通、电信的共建共享协议签订前已确定方案，未考虑端口的合并），可实现双方5G 3.5 GHz 频段100 MHz带宽的共建共享。

目前，支持3.5 GHz 的5G 轨行区2TR/4TR 设备尚未成熟，为了对5G轨行区覆盖及共建共享技术方案进行验证，选取了轨道环线二期的奥体站到陈家坪站之间的轨行区进行5G 共建共享测试，采用8T8R 的5G 3.5 GHz主设备（输出功率8×30 W），主设备的2个输出端口连接到POI 上预留的3 400～3 500 MHz 端口，将5G 信号馈入泄漏电缆实现2T2R，按100 MHz 带宽开通共建共享。

3 方案性能验证及分析

轨道环线二期开通后，经实际运行验证，重庆3家运营商的各个系统均运行正常，相比以往的技术方案，该技术方案在支持5G 的同时，也较好地控制了系统间的干扰。

3.1 3G/4G网络性能

网络开通后，经实际运行验证，轨道环线二期联通3G/4G 网络的覆盖和干扰指标均取得了较好的效果，其中4G 网络RSRP 大于-100 dBm 的覆盖率达到100%、干扰不达标的RRU 数量占比小于1%；3G 网络RSCP 大于-85 dBm 的覆盖率高于99%、不达标的干扰RRU 数量占比小于2%；具体指标统计情况如表5、表6、表7、表8所示。

3.2 5G网络共建共享性能

轨道环线二期轨行区的5G 共建共享共开通了4个5G 小区，并组织进行了现场性能测试验证，结果显示联通、电信5G网络共建共享功能正常、覆盖连续、小区间切换带正常，5G 驻留比均达到100%，联通下载均值速率达633 Mbit/s、电信下载均值速率达657 Mbit/s，双方各项业务无明显差异，具体指标情况如表9所示。

表5 轨道环线二期联通4G网络覆盖情况统计表

表6 轨道环线二期联通3G网络覆盖情况统计表

表7 轨道环线二期联通4G网络干扰情况统计表

表8 轨道环线二期联通3G网络干扰情况统计表

4 地铁轨行区覆盖技术方案小结

结合重庆轨道环线二期轨行区网络的实际运行和测试情况来看，通过多手段的干扰控制、频率和功率协同，以及新型泄漏电缆的使用，2G/3G/4G/5G 网络的多系统共存是可行的，联通、电信的5G 网络共建共享也没有技术障碍，网络整体运行稳定有效。轨行区的技术方案和干扰控制方案如下。

表9 轨道环线二期联通、电信5G共建共享网络性能统计表

4.1 轨行区整体覆盖技术方案

为了支持5G系统，泄漏电缆必须采用新型的5/4''漏缆，虽然该型漏缆的覆盖性能比13/8''漏缆要差一些，但其整体性能仍在可接受范围内。同时，受限于轨行区内的安装空间，4 根漏缆安装相对较困难，2 根漏缆的5G 2T2R 方案基本能满足2G/3G/4G/5G 网络覆盖和业务需求，各系统可实现共存。

关于断点设置方案，同频段的5/4''漏缆覆盖性能相比13/8''漏缆要差5～8 dB，需要结合多系统的覆盖需求对断点方案进行相应的调整，在5G 设备使用2×30 W 2R2R时，每400 m设置1个断点的方案能够满足5G的覆盖需求，考虑到后续新型的2×100 W 3.5 GHz 2T2R设备的推出，可根据功率情况适当进行断点的调整，预计断点间距离可达到500 m。

4.2 干扰控制方案

整体上，可通过系统频率组合、功率控制、POI 性能和施工工艺提升等手段，实现2G/3G/4G/5G 网络的多系统共存和干扰控制。在系统频率组合上，由于3家运营商1.8～1.9 GHz 的系统较多，为了减少干扰，在有其他频率可用的情况下可避免移动TDF1 900 MHz频段、电信LTE1800 频段的使用，这样对联通的LTE1800、WCDMA2100的干扰指标有较大的改善。同时，建议在满足覆盖需求的情况下控制各接入系统的设备输出功率（不超过40 W），这对各家通信系统的干扰控制有一定的作用。

在POI 选型上，一定要注意POI 的质量和性能。在控制插损的同时注意干扰抑制性能和功率容量的提升，三阶互调抑制性能不能差于-155 dBc（PIM≤-155 dBc@+43 dBm×2），否则，漏缆分布系统的干扰指标将存在较大的隐患。

同时，要重点关注漏缆分布系统的施工工艺和接头保护。轨行区环境恶劣，必须提供漏缆分布系统的施工工艺，整个漏缆分布系统的干扰抑制指标必须优于-140 dBc。建议各类接头采用防水加固的专用接头外套，避免后续接头松动带来的干扰。

4.3 5G共建共享

在5G 共建共享性能上，使用2 根泄漏电缆的5G 2T2R 方案具备可行性，在使用2×30 W 的设备（8×30 W 8T8R 设备的2 个端口）、共享带宽100 MHz 的情况下，5G 网络各项覆盖达标，下载平均速率超过600 Mbit/s、最高接近800 Mbit/s。

关于5G 设备的覆盖能力和断点方案。在采用400 m 断点方案、5G 主设备单通道30 W 输出功率时，5G 设备能满足轨行区网络的覆盖要求（单边覆盖距离200 m），后续应根据5G 新型2T2R/4T4R 3.5G 设备的输出功率和性能对断点方案进行调整（增加单边覆盖距离），进一步降低网络建设成本。

5 结束语

面对当前地铁轨行区网络覆盖的需求以及多系统干扰控制等问题，本文以重庆轨道环线二期网络覆盖为例，提出了支持5G共建共享和多系统共存的地铁轨行区覆盖技术方案，并进行了实际的效果验证和性能分析，结果显示该方案有较好的效果，具有较好的工程参考意义和价值。下一步，将结合新型5G覆盖专用设备的特性，进一步优化覆盖方式和技术方案，努力降低建网成本。