存量地铁隧道5G 覆盖探析*

李 宗，刘海龙

（广州杰赛科技股份有限公司，广东 广州 510310）

0 引言

截至2020 年底，重庆已开通运行8 条地铁线路，里程超400 km。除2020 年新开通线路同步开通4G/5G 网络外，其余线路均无5G 网络覆盖。重庆地铁5G 覆盖布局采取点、线、面逐步推进覆盖方案，即2020 年完成点层面站厅站台覆盖，2021 年完成线层面轨行区覆盖，最终形成地铁网络的全面覆盖[1]。其中，站厅站台使用数字化室分覆盖，轨行区使用射频拉远单元（Radio Remote Unit，RRU）+分布系统（或者天线）方式覆盖。需要注意，轨行区原有漏缆只支持800～2 700 MHz 频段，不支持 3.5 GHz 频段。

当前地铁隧道主要有3 种覆盖方式，且各有优劣。第1 种方案新增或者替换漏缆，覆盖好，信号稳定，但协调难度大，施工周期需要1 年以上，且投资花费高；第2 种方案新增3.5 GHz RRU+贴壁天线方案，协调简单，施工进度快，投资少，但方案未经验证，不能确定最佳断点距离、隧道有弯道时覆盖是否达标和安全等；第3 种2.1 GHz NR 2/4TR 信源合路现有漏缆方案协调简单、投资少、协调进度快，但因为2.1 GHz 频段窄、速率低，电联联合频段共有45 MHz，与友商差距大，完全不具有可比性[2]。本文将通过对比3 种方案输出地铁隧道覆盖方案应用研究，以更好地指导存量地铁改造5G 建设工作。

1 方案介绍

1.1 方案1：新建2 路5/4”漏缆方案

方案以2020 年新开通线路6 号线支线二期为试点，主要介绍方案及覆盖效果。它使用 3.5 GHz NR 2TR+POI+2 根5/4”漏缆覆盖，独立组网（Standalone，SA）。该线路隧道总长3 km 左右，共使用16 台RRU。

1.1.1 RRU 设备选型

本次地铁试验段采用华为2×100 W 2T2R RRU5262 设备，相关参数如表1 所示[3]。

表1 RRU 设备的相关参数

1.1.2 POI 设备选型

POI 是漏缆分布系统的重要器件，对多家共建共享的整体性能和效果有重要影响，另外考虑了电联4G 共建共享及后期开通2.1 GHz NR 网络等[4]。POI 器件3 阶互调抑制为无源互调（Passive Intermodulation，PIM），应不大 于-155 dBc＠+43 dBm×2。

1.1.3 泄露电缆选型

本期采用支持5G（800～3 600 MHz）的5/4英寸泄漏电缆。

1.1.4 断点设置

根据各系统的发射功率、器件性能、覆盖指标要求[5]，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2 所示。考虑到5/4 泄漏电缆应用少，目前无可借鉴的数据和方案，从确保覆盖达标的稳妥性和功率控制减小功率的角度考虑，轨行区的漏缆开断点距离按400 m 左右考虑，具体断点如图1所示。

图1 隧道设备安装断点设置

表2 各接入系统设备的漏缆覆盖距离

1.2 方案2：新建3.5 GHz RRU+贴壁天线方案

本方案以6 号线（茶园-邱家湾）段为试点，全长1.3 km，使用3.5 GHz NR 8TR +贴壁天线覆盖，SA组网。方案共使用2台RRU，4面4端口贴壁天线。

1.2.1 RRU 设备选型

本次地铁试验段采用华为8×30 W 2T2R RRU5828 设备，具体参数如表3 所示。

表3 主设备参数

1.2.2 贴壁天线设备选型

本次地铁试验段贴壁天线的具体参数如表4所示[6]。

表4 天线设备参数

1.2.3 断点设置

6 号线茶园至邱家湾区间，总长度1.3 km，共计2 个断点，断点间距700 m，断点位置如图2 所示。

图2 断点位置

新增RRU 设备每个带两面4 端口天线，天线安装在原有双路漏缆之间，安装系统如图3和图4所示。

图3 设备安装现场

图4 设备安装系统

1.3 方案3：新增2.1 GHz NR 2/4TR 信源合路现有漏缆

本方案以6 号线（茶园-邱家湾）段为试点，全长1.3 km，使用2.1 GHz NR 4TR+电桥+原有13/8 漏缆覆盖，SA 组网。方案共4 台RRU 使用电桥，在POI 后端合路原13/8 漏缆。

1.3.1 RRU 设备选型

本次地铁试验段采用华为4×80 W 4T4R RRU5916 设备，具体参数如表5 所示。

表5 主设备参数

1.3.2 断点设置

6 号线茶园至邱家湾区间，总长度1.3 km，共计4 个断点，R1与R2断点间距700 m，另有两个断点在茶园站台和邱家湾站台，断点位置如图5 所示。

图5 漏缆断点设置

1.4 3 种方案覆盖方式对比

综合比较3 种方案，它们的设备形态和覆盖方式各不相同，详细对比如表6 所示。

表6 不同方案覆盖方式对比

2 试点方案测试及分析

2.1 测试结果

经现场测试，从覆盖性能方面分析，方案1是最佳方案，参考信号接收功率（Reference Signal Receiving Power，RSRP）均值和下载速率均值均为最佳，覆盖电平值比较平稳，下载速率较高；方案2 略差，因方案使用天线且断点距离过长，在两个断点中间位置出现电平值不达标的情况；方案3 电平值全部达标，但是因为方案带宽受限，下载速率太低，无法体现5G 高下载速率的优势。具体测试结果如表7 所示。

表7 不同方案测试结果指标表

2.1.1 RSRP 与下行速率情况

（1）方案1：3.5 GHz 2TR+5/4 漏缆方案

RSRP 最强-66.55 dBm（断点位置），最弱 -96.3 dBm（两断点之间），平均值-80.15 dBm；下行速率峰值1 018.87 Mb/s（断点位置），最小值359.23 Mb/s（两断点之间），平均值667.64 Mb/s。

（2）方案2：3.5 GHz 8TR+贴壁天线

RSRP 最强-62.5 dBm（断点位置），最弱 -112.22 dBm（两断点之间），平均值-88.26 dBm；下行速率峰值726.19 Mb/s（断点位置），最小值146.06 Mb/s（两断点之间），平均值515.17 Mb/s，如图6 所示。

图6 新增定向天线方案测试结果

（3）方案3：2.1 GHz 4TR+13/8 漏缆

RSRP 最强-78.6 dBm（断点位置），最弱 -104.13 dBm（两断点之间），平均值-89.16 dBm；下行速率峰值194.33 Mb/s（断点位置），最小值51.01 Mb/s（两断点之间），平均值147.99 Mb/s，如图7 所示。

2.1.2 性能测试对比

（1）RSRP和SINR对比

不同方案的RSRP和信号与干扰加噪声比（Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR）各不相同，分别如图8 和图9 所示。

图8 不同方案SINR 对比结果

图9 不同方案RSRP 对比结果

3 种方案RSRP均值都在标准范围内。以RSRP为评价标准，方案1 最优。3 种方案的SINR均值都在标准范围内。以SINR为评价标准，方案2 最优。综合评价RSRP和SINR指标，3种方案中方案3最差。

（2）下载速率对比

不同方案的下载速率各不相同，如图10 所示。

图10 不同方案下载速率对比结果

3 种方案下载速率对比发现：方案1 和方案2速率较高，可以体现5G 高下载速率优势；方案3下载速率低，与4G 相比优势不大，未能体现明显优势。

2.1.3 测试结果分析

覆盖性能方面，3 种方案的RSRP均值和SINR均值均较好，适合地铁轨行区5G 改造方案。

感知性能方面，方案1 和方案2 下载速率在500 Mb/s 以上，方案3 在150 Mb/s 左右。方案3 仅优于验收标准，与友商 2 600 MHz 频段下载速率差距较大，不建议应用于地铁轨行区。

归纳上述中央和国务院近年内连续出台的关于水问题的各项改革举措，可以说是历史上空前的，客观上讲这也是历史的必然抉择，是国家最高决策层不失时机、实事求是地抓住了水资源这个束缚经济社会发展的核心瓶颈问题。因此，充分认识到水权明晰、界定与交易的重要性和所面临的问题十分重要。

2.2 地铁隧道5G 覆盖方案选择

重庆现网已开通8 条地铁线路，轨行区180 km。8 条线路轨行区原覆盖方案，如表8 所示。

表8 重庆8 条线路原覆盖方案

在覆盖达标的情况下，轨行区5G 升级改造方案主要考虑了协调情况、建设成本、运维成本、隧道施工条件以及施工周期等方面[7]。

本文选取6 号线（曹家湾-蔡家）段为样板，模拟3 种方案建设，从多个方面对比3 种方案。

6 号线（曹家湾-蔡家）总长度4 054 m，经过曹家湾和蔡家两个站台。原4G 网络共有18 个断点（双洞），断点距离在600 m 左右。

2.2.1 3 种方案覆盖性能对比

3 种方案信号覆盖性能各不相同，具体性能对比如表9 所示。

表9 3 种方案信号覆盖性能

方案2 试点的断点距离为700 m。在综合考虑链路预算、测试时乘客多寡以及测试人员位置等多方面因素后[8]，将方案2 断点距离设置 为600 m。

2.2.2 设备数量及断点数量对比

3 种方案所使用的设备数量和断点数量各不相同，具体如表10 所示。

表10 备数量及断点数量对比

从3 种方案来看，方案1 不仅设备数量多，而且需新增断点。

2.2.3 投资估算对比

3 种方案的投资对比如表11 所示，数据为每千米的造价。

表11 不同技术方案配套投资对比表（单位：万元）

从3 种方案的投资对比来看，方案1 的造价极高，是另外两种方案的1 倍以上。

2.2.4 协调及施工周期对比

通过前期与轨道集团的接触沟通，对3 种方案的施工协调难度进行初步判断。施工周期按照轨道公司对已开通运行线路的管理，每周有2～3 个作业令，每个作业令时长4.0～4.5 h。3 种方案预计的施工周期如表12 所示。

表12 不同方案施工周期对比表

3 结语

通过对比3 种方案的综合覆盖效果、用户感知及投资建设难度，建议重庆存量地铁隧道选择方案2 进行5G 改造，主要有以下优点：

（1）覆盖效果较好，下载速率在500 Mb/s 以上，可以较好体现5G 高速率优势；

（2）投资小，相对漏缆方案可节约大量投资；

（3）无需更换POI，无需更换或新增漏缆，施工周期短，协调方便，对原有系统干扰影响最小。

此外，在隧道有较大弯度的地点，需要新增设备及天线，以达到最佳的覆盖效果。