地铁5G无线通信覆盖工程建设方式探讨

中国电信厦门分公司 林逸平

在城市公共交通中，地铁承担着巨大的作用。而地铁无线通信系统是地铁工程建设中不可或缺的重要组成部分，在满足乘客在地铁中的通信信息需求，为地铁运营提供必要替换通信手段，建设5G智慧地铁等方面发挥着日益重要的作用。本文从进度管控、方案选择、创新赋能、安全管理等方面，探讨适用于地铁5G无线通信覆盖工程的建设方式。

随着城市建设的不断发展，地铁对缓解交通压力、促进城市旅游业发展、完善交通线、提升城市形象、提升经济价值、等方面起着重要作用。本文就地铁隧道场景特点，根据用户需求，探讨适用于地铁5G无线通信覆盖工程的建设方式。

1 地铁隧道场景描述

地铁场景不同于常规的室内和室外移动通信场景，地铁由于移动速度快、话瞬时话务高、切换频繁等特殊性会带来常规场景遇不到的问题，例如列车高速移动带来的多普勒频偏、频繁切换带来的速率掉底，全封闭列车带来的高穿透损耗，瞬时大话务的冲击，多运营商多系统多频合路带来交调干扰等。地铁隧道场景特点为：地铁多为封闭式环境，空间狭小，轨道交通站台站厅、区间隧道内各种无线信号几乎为盲区，无线信号在隧道场景中传播容易产生快衰弱，室外信号损耗严重。地铁列车车体、站台两侧安全屏蔽门会对无线信号产生严重的屏蔽。5G频率高，传输损耗大，难以用传统泄露电缆覆盖，工程上协调工作困难，设备安装位置受限，安全性要求高等。

2 地铁隧道覆盖需求分析

地铁乘客特征和运营商价值客户高度重合：人流聚集度高，投资效率高；娱乐资讯打发时间；年轻化，上班族占据重要比例；一定程度上讲，地铁将是5G重要品牌窗口和高价值区域，地铁覆盖的好坏直接影响运营商的竞争优势。在话务上，地铁作为重要的城市交通工具，用户人流量大，特别是上下班高峰期，具有非常高的突发业务量。近年来随着5G网络的商用、无限流量套餐的推广以及短视频平台的兴起，用户需求除了基本的语音业务，高速数据业务的需求也大大增加。5G为代表的新一代信息技术的融合和应用，是地铁轨道交通运营保障需求的重要手段，地铁运营、服务与保障具有客流量大、数据并发高、跨站点协同、实时性要求高、数据分析复杂等特征与挑战。

3 地铁无线通信工程的建设方式

3.1 方案选择

以厦门地铁为例，厦门地铁原有的无线网络建设方案为地铁一号线、地铁二号线均采用13/8泄漏电缆来进行3G以及4G网络的覆盖，5G网络未覆盖，地铁三号线无线网络信号均未覆盖。根据地铁隧道现有的覆盖需求，地铁必须进行全频段的网络覆盖，所以需对地铁一、二号线进行5G网络的升级改造，对地铁三号线进行全线的3G、4G、5G无线网络覆盖。

根据以上的覆盖需求，则需要对现有的泄露电缆方案来进行改造。其中，地铁一、二号线的泄露电缆改造方案有以下两种：

（1）拆除2条13/8泄漏电缆、安装2条5/4泄漏电缆。

（2）保留2条13/8泄漏电缆、安装2条5/4泄漏电缆。

地铁三号线的泄露电缆建设方案为有以下两种：

（1）安装4条5/4泄漏电缆。

（2）轨道集团新建2条13/8泄漏电缆、电信安装2条5/4泄漏电缆。

根据现有的物料价格以及地铁三条线路的运行里程，按照451定额的计取方式，三条线路的泄漏电缆建设造价如表1所示。

表1 三条线路的泄漏电缆建设造价

由表1可见，采用泄露电缆的方案建设造价比较高，难度比较大，且经过与轨道集团的协调，轨道方出于地铁运行安全等原因不同意对地铁一号线、地铁二号线的泄露电缆进行改造。介于无法对现有的泄露电缆进行改造，再考虑到集团降本增效的策略，地铁一、二号线采用2.1G RRU升级NR+原有泄露电缆的方案来进行5G信号覆盖，地铁三号线采用3.5G RRU+隧道贴壁天线的方式来进行5G信号覆盖，地铁三号线的3G、4G信号覆盖则采用新增设备合路隧道方建设的泄露电缆。

隧道场景具体方案如下：

地铁一号线：由于地铁一号线为旧线路，隧道为B型洞空间较小不能够新增加漏缆或者天线，并且地铁一号线中的2.1G设备类型只能开通20M的5G网络，考虑到地铁场景的重要性，因此厦门地铁一号线区间使用RRU5690的2.1G频段5G设备，利旧原有漏缆的配置，将地铁现网中2.1G LTE-RRU设备等量替换成5G设备，共需要127台5G设备（其中包含海堤段的4台设备），新增34台BBU设备。

地铁二号线：由于地铁二号线同样为旧线路，隧道为B型洞空间较小不能够新增加漏缆或者天线，但是地铁二号线中的2.1G设备类型能开通40M的5G网络，因此厦门地铁二号线区间采用利旧现网2.1G频段的4G设备，在原有4G设备上开通5G，共利旧200台2.1G的4G设备，新增BBU设备56台。

厦门地铁三号线共分为两个建设阶段，第一个阶段是厦门站至蔡厝站共21个车站，第二阶段是大嶝北站至翔安机场、厦门站至厦门大学。本次工程建设厦门地铁三号线（第一阶段），介于隧道为B型洞空间较小，并且轨道方不建设5G使用的泄漏电缆，因此采用3.5G频段的5G设备加隧道贴壁天线的方案，共需要新增2.1G频段的5G设备138台，276副隧道贴壁天线，27台BBU。

地下站台和站厅场景空旷，无明显隔断，使用LampSite方案做5G覆盖，根据站厅结构的复杂度，pRRU覆盖半径根据发射功率大小覆盖半径控制在22~28m。考虑到地铁人流密集区域需要更高的带宽，因此三条线路站台站厅部分均采用3.5G频段的有源室分设备。其中，一号线共24个车站，需要526台PRRU设备、78台RHUB设备；二号线共33个车站，需要新增654台PRRU设备、99台RHUB设备；三号线共28个车站，需要新增500台PRRU设备、75台RHUB设备。

站厅覆盖方案：

出入口及通道：根据PRRU的覆盖半径，约每30m布放一台PRRU；

物业区：根据PRRU的覆盖半径，平均每10m至15m布放一台PRRU；

轨道方管理用房：主要覆盖人员办公区域，每个PRRU覆盖区域不超过2堵墙。（PRRU覆盖半径5m至10m）。

LampSite系统方案的组网拓扑图如图1所示。

图1 LampSite系统方案组网拓扑图

3.2 创新赋能

与以往的地铁工程相比，本次的地铁工程在覆盖方式、安装工艺、割接工序以及其他辅助手段等方面进行了创新赋能。

覆盖方式：3号线采用3.5G 8T8R+两面4端口隧道贴壁天线，配置为2个4T4R逻辑小区，同时进行SFN，从而达到4T4R的覆盖效果，部署方式成本低、安装速度快。该覆盖方式相比传统漏缆解决方案施工简单，难度低，且可大幅降低设备及施工费等建设成本，同时缩短施工周期。覆盖方式如图2所示。

图2 隧道贴壁天线覆盖方式示意图

同时，该种覆盖方式隧道内5G网络质量能够达到覆盖要求，在山东的丁家庄站至龙洞站左线隧道试点中，也是采取该种覆盖方式来进行5G网络的覆盖，覆盖完成后测试效果良好，以下为测试的各项指标：

（1）整体测试指标（包含站台Lampsite小区）如表2所示。

表2 整体测试指标整体测试指标

（2）各隧道指标如表3所示。

表3 各隧道指标

安装工艺：3号线隧道区间采用哈芬槽安装模式，槽道预埋，避免打孔，保护隧道壁，安装便捷效率高，设备安装时使用专用T型螺栓及安装件进行紧固，安装效率提高2倍，安装质量易把控。

割接工序：BBU预先在母局开通并配置好BBU及RRU数据，按分配端口直接打好标签，现场安装后只需对通上联光路，可一次性割接开通。

辅助手段：自制轨道搬运车，当日施工计划所需设备一次性搬运，提高施工进度，节省人工成本；使用光话机，RRU安装完即可核对光路。

3.3 进度管控

由于地铁属管制场景，进场施工审批困难，现场安全管制，施工进度受限，所以对于地铁的工程要严格把控进度，确保工程保质保量且及时完成。本次的地铁工程，一、二号线2020年3月开始对接升级改造的进场、方案及商务谈判，在完成审批第一时间进场，强化协调机制，保证作业令的请点审批。地铁三号线于2019年1月开始主动对接启动第一次设计联络会，随后紧盯轨道配套进度，具备进场条件第一时间进场施工。另外，对于方案的选择以及物料的把控也十分关键，对于整体覆盖方案及轨道配套改造方案精益求精，精心筹备物料，积极协调主设备到货，提前进行隧道贴壁天线公开招标，定制哈芬槽安装件等，确保工程进度。

3.4 安全管理

对于工程的把控，安全问题永远是放在第一位的，所以对于工程的安全管理是至关重要的。本次地铁工程的安全管理主要有以下几个方面：

安全第一：首次采用哈芬槽的安装方式，委托土建设计进行主设备哈芬槽安装的安全性论证。

维护前置：建设、维护现场确认样板站的工艺及安全规范；施工中组织维护进行检查及预验。

强化监督：监理全程现场进行安全及施工规范监督，凡施工必旁站。

强化检查：项目经理每周一次现场检查，网发、建设、维护不定期联合现场检查。

严守规程：严格遵守轨道施工安全规范及流程；轨道集团、轨道属地安全管理单位、轨道施工方，运营商组成联合调度小组，统筹协调施工、安全管理各相关事宜。

本文就现阶段的实际情况下，以厦门地铁为例，从方案选择、创新赋能、进度管控、安全管理等方面，探讨适用于地铁5G无线通信覆盖工程的建设方式。随着通信设备的不断演进，会出现更先进的适用于地铁不同场景的设备，室分系统也会由传统DAS室分系统向着数字化室分系统演进，地铁的无线网络覆盖效果也会越来越好。