民用通信地铁隧道覆盖整体解决方案

杜建新

（武汉虹信技术服务有限责任公司 湖北 武汉 430073）

0 引言

近年来，随着社会经济的快速发展，地铁轨道交通建设投入使用数量直线上升，极大提升了城市交通出行能力，给人们的生产生活带来了诸多便利。但轨道交通内公众的通信问题日益突出，网络建设赶不上轨道交通建设和通信技术的飞速发展，尤其是5G网络的快速普及布网，造成用户在轨道交通内的体验感较差[1]。为了有效解决城市轨道交通内的公众日常通信需求，结合近几年各地已经在实施的轨道交通民用通信覆盖解决方案，梳理出一套较为系统的民用通信地铁隧道覆盖解决方案，供相关学者参考。

1 整体解决方案要点

地铁轨道交通民用通信与传统的铁路、公路有着完全不同的特性，因此采用传统的公路铁路覆盖方案不可取，在对低速密闭空间轨道交通进行通信覆盖时，要充分考虑多运营商多频段网络制式的需求以及不同区域的场景特点，采取不同的覆盖方式等[2]。重点综合考虑以下几点问题。

1.1 运营商频段的需求

截至目前国家无线电管理委员会给各运营商分配了众多不同频段的移动通信频率，用于民用通信的发射台和手持终端使用，在做地铁轨道交通民用通信覆盖时要充分考虑各个运营商目前以及未来一段时间内可能使用到的通信频率，并充分考虑隧道内轨道公司运营专网及警用无线通信频率的需求，做好频率的提前规划，对覆盖设备选型及后期频率规划做好充分准备，避免覆盖后出现的网间、网内干扰及覆盖不满足用户要求的情况。

1.2 多系统的需求

目前移动、联通、电信在运行的网络有2G、3G、4G、5G共4种制式网络，根据国家规划和运营商未来网络部署安排，2G、3G网络将有序逐步退网退频，对于退出的频段后续会规划为其他网络制式启用，同时目前要考虑电、联共建共享、移动、广电共建共享。在做网络覆盖设计时要确定好引入覆盖哪些网络。

1.3 分区域覆盖

依据区域场景特性，制定出不同类型的覆盖方式。隧道内、隧道出入段采用漏缆方式进行覆盖，车站站厅站台公共区域内采用PRRU设备覆盖，车站设备区人流量较少的地方可以考虑采用双路天馈布放方式进行覆盖。

1.4 天线点位的确定

依据各个运营商覆盖要求，结合现有公网设备指标特性，根据计算得出站厅站台公共区PRRU小站点位间距为25 m左右较为合适，设备功率满足3家运营商的覆盖要求。

1.5 隧道及出入段的覆盖

根据现有公网设备指标，结合城市轨道交通建设站间距实际情况，以及覆盖网络数量，频段需求、链路预算计算等，同时考虑重叠切换区设置，隧道内POI断点的设计间隔一般在450～500 m左右较为合理，具体到每条轨道交通，要实际调整漏缆的覆盖距离。

1.6 传输系统

根据各运营商要求及隧道地铁建设方案，相邻站在每侧隧道各敷设1条144芯联络光缆，相邻换乘站在一侧隧道敷设1条144芯联络光缆，每站机房至其下挂隧道设备安装点各敷设一条48芯光缆，所有的车站外联敷设1条288芯主干光缆。充分利用光缆的高容量、低损耗、已扩容特性，综合解决系统的传输问题。

1.7 机房及电源配套

地铁覆盖的特殊性，要充分考虑容灾备份，通信机房内采用双路380 V供电，结合运营商设备数量、设备用电需求计算开关电源、UPS电源、交直流配电屏配置，同时采用多用户计量电表计费，按照备电时长要求设计蓄电池组容量。电源线与地铁隧道提供的接地线缆连接，形成可靠的接地网。

2 无线设计方案

2.1 站厅台解决方案

地铁站厅站台公共区为乘客滞留和换乘区域，人流量大，业务高发，运用皮基站分布系统，即站厅站台公共区采用BBU+RHUB+PRRU数字化室分进行覆盖，该类公共区域皮基站间距25 m左右，皮基站采取“W”型布放，单点位各运营商PRRU间距0.5 m左右，以利于设备散热及网建干扰和隔离度要求。

BBU和RHUB分别安装在民用通信设备机房及小端机房内，通过光电复合缆经桥架到达每个皮基站点位，光电复合缆等走线使用民用通信自建弱电线槽，PRRU根据现场装修情况固定在吊顶下方，远离专网和警用通信天线。尽量同一HUB连接同一区域的PRRU基站，以便后期划分小区。

设备区及办公区：主要为地铁内工作人员活动区域，人员较固定，人员流动较少，对话务及流量负荷要求较低，可以采用双路传统室分进行覆盖，由于房间密集，结构复杂，根据链路损耗计算确定天线间距设为12 m左右。

2.2 隧道解决方案

2.2.1 漏缆间距及接入频段确定

目前隧道漏缆覆盖主要有2缆和4缆两种覆盖方式。隧道漏缆采用2根全频段5/4辐射型漏缆，可实现5G 2T2R的基本接入需求，投资相对较低。采用4根全频段5/4辐射型漏缆，可实现5G 4T4R的接入需求，抗干扰能力强、系统扩展性高，速率相对双缆更高，用户体验好。考虑到隧道正线区间人流量大，话务量高，优选采用4根5/4泄漏电缆进行覆盖，可充分发挥4T4R的性能优势[3]。

隧道内铺设4条漏缆，为实现4*4MIMO技术，需要4路漏缆间有一定的距离。在4G实践中，工程上一般建议4倍波长以上。考虑到多系统接入时系统间干扰和各系统MIMO特性间距要求，漏缆间距设置为350 mm。

2.2.2 信源设备功率确定

考虑2G、3G的有序退网，5G是未来重点覆盖要求。隧道覆盖重点考虑5G设备功率，同时考虑5G独享和5G与4G共享的情况，将对两种情况进行单独考虑设备功率，目前民用通信隧道覆盖均交由铁塔公司承建，电联共建共享，电联5G设备统一考虑。根据现有国内主流5G设备供应商的设备技术指标，结合实际工程情况，确定网络配置进行设备输出功率核算。

2.2.3 信源设备间距确定

隧道内设备断点间距的计算主要依据为漏缆指标，查询国内主流漏缆厂家漏缆指标，综合选取较优3.5～3.6 G指标，适当降低1.8～2.6 G指标，使各频段在漏缆内能够均衡分布，使漏缆能够达到最大性能，详见表1。考虑该系统在列车最高时速的切换距离。根据隧道设备安装的实际情况及各地实际工程实施经验，建议高频设备间距取定为500 m左右为宜，800 M、900 M低频断点间距1 000 m左右为宜，通过隧道透传POI透传，节约800 M、900 M设备投资。

表1 断点设备链路损耗计算表

2.2.4 POI频段确定

目前广电还未正式开通商用，现有3个运营商主要商用覆盖网络涉及15个制式，结合电联共建共享的频段需求，对POI进行深化设计，充分论证各系统共存对插损等指标的影响。考虑运营商5G规划，结合铁塔公司POI技术规范书频段规划，统筹考虑地铁轨道公司专用频段隔离要求，制定好相应端口的频段带宽。同时适当超前考虑未来5G频段的规划，提前规划全频段端口，对移动、联通、电信900 M以下低频端口建议采用全频POI频段，对于电联1.8 G、2.1 G、3.5 G频段、移动LTE（A、D、F、E）、5 G NR采用全频POI和透传POI频段[4]。

2.2.5 出入段覆盖确定

考虑到出入段线使用功能，话务量将会比较低，出入段线隧道内可采用两条漏缆覆盖，保留隧道内最上和最下两根缆，建议每家运营商接入语音和单数据频段，节约不必要的投资。

3 电源设计方案

3.1 整体供电架构确定

由轨道公司提供1主1备两路380 V市电电源，电源容量最终根据所带负荷进行计算确定。供电设施包含48V直流供电系统、UPS供电系统、各交直流配电柜/箱以及之间的连接电缆。供电负荷等级可以参考GB50157-2013《地铁设计规范》第16.10.3条规定：通信设备应按一级负荷供电。实践中实施比较困难，工程投资成倍增长，运营商无法接受，但考虑本通信工程为民用通信工程，可以和运营商沟通按照三级负荷建设规划[5]。

UPS备电时间由于各个运营商对通信设备备电时间要求不一致，移动多要求备电时间2～4 h，电信、联通对备电时间相对要求较低，建议不少于1 h。

开关电源宜采用组合式开关电源，并具备分户计量，二次下电功能，若后期还有新增直流负荷需求时，可将蓄电池充电时率做小调整，或新增开关电源及蓄电池组，满足用电容量增加的需求。

3.2 设备用电功耗确定

根据国内主流厂商的无线、传输设备电气指标，结合未来用户数量上升可能带来的无线设备容量的增高而造成用电功耗的提升，最终综合确定各个运营商不同网络制式的设备功耗，供用电功耗预算[6]。

3.3 机房电源系统解决方案

直流供电系统：根据现有无线、传输相关专业使用的直流保障设备用电功耗，配置满足各机房的-48 V/600 A组合式开关电源，并根据后期根据网络的发展适当预留容量。

交流供电系统：根据现有无线专业小端机房HUB柜、物业区机房设备、机房HUB柜等交流保障设备用电功耗，配置满足各机房的容量的UPS，并根据后期网络的发展适当预留容量。

交、直流系统蓄电池组：由于民用通信系统在地铁系统中属于附加系统，断电对整个地铁系统的安全不存在威胁，轨道方要求能满足基本通信及人员疏散要求，原则上地铁发生事故后，需在0.5 h内疏散所有人员，另考虑民用通信机房承重、空间及投资的情况，故交流、直流系统的电池组备电时间至少按0.5 h配置，建议适当延长配置时长。

3.4 隧道电源系统解决方案

隧道侧RRU设备均为非保障交流设备，由民用通信机房内交流配电屏，接隧道内配置交流配电箱，为各个节点所有RRU供电。隧道侧电源系统采用380 V拉远，机房交流配电屏每个回路负责相邻两个断点交流箱供电，相邻两个断点交流箱采用不超过二级级联方式。便于电量计量和供电保障。

4 传输设计方案

4.1 传输建设方案

每个地铁站站外建立1个光交箱，用于将室外运营商的政企专线及基站传输信号引入地铁内，每个站厅台内分别再建设1个大机房和小端机房，用于传输设备的安装和各个站点的传输联络组网，机房内建设配置ODF机柜和光交箱，用于本站厅台的传输设备连接组网，站与站之间通过光缆连接，隧道内左右线断点处分别安装监理光交箱，用于隧道内断点之间传输设备的连接，最终形成系统联网，根据后挂传输设备的多少选择芯数不同的光缆组网。

4.2 传输设备需求

传输设备系统规划部，1主1备2套或以上汇聚层PTN传输设备，有效避免光缆同路由组环和汇聚节点单节点失效的风险，保障传输网络运行的稳定性。每个接入车站节点各建设1套PTN接入层设备，依据整条地铁线路站点数量多少规划组成两个以上独立的环路，采用隔点组环的方式，组成多个小环网，充分保障传输路由的可靠性[7]。

4.3 传输容量测算

根据3家运营商提供的BBU数量、基站类型以及各自的带宽需求，测算单环路最大峰值带宽数量。同时考虑地铁开通后，未来一段时间内人流量增加后，传输容量的新需求，兼顾技术演进升级，提高经济效益，减少建设成本。

5 结语

综上所述，对于民用通信地铁隧道覆盖，在立项建设时要高屋筑瓴，做好系统全面的规划和不同专业之间的协同，对于无线覆盖重点考虑不同网络、网间的干扰，对于电源设计重点做好站亭台、隧道断点之间电源的引入和二次分配以及容灾备份，对于传输规划重点做好容量测算和环网保护规划。