福州地铁5 号线电联共建共享5G&4G通信系统信号覆盖方案

［卢沛然］

1 引言

地铁作为城市交通的重要品牌场景，对网络覆盖和网络质量要求较高，尤其是地铁高峰期人流量极大。如何在人流密集、结构复杂、业务量高、高速运行的地铁内提供高品质的网络覆盖，成为相关运营商建设单位及设备厂家的重大挑战。

福州地铁5 号线起点为荆溪新城站，终点为福州南站，主线线路长27.16 km，设车站20 座。本期建设荆溪新城站至螺洲古镇站共17 个站，长度共计20.4 km。早期地铁建设方案，电信和联通两家会各自建设数字化室分系统、无源主设备接入地铁的分布天馈及漏缆系统，由于POI 合路器质量性能偏差会引起LTE1.8 邻频系统干扰，三阶互调干扰、驻波比高等问题，两家运营商同时建设主设备还会造成无线资源和建设投资的浪费。本次工程电信、联通双方采用共建共享的建设方式进行覆盖，由电信负责地铁五号线5G&4G 设备建设，后期同步共享联通。在地铁场景采用电联共建共享建设方案覆盖5G&4G 信号对运营商来说有着极其重要的意义。

2 覆盖难点

2.1 站台站厅层

站厅为进出站区域：用户处于移动状态，业务以语音为主，数据业务相对集中在扫码闸机区域；站台等待区：用户位置相对固定，用户业务以数据业务（视频、浏览网页、手机游戏、音乐等）为主；机房办公区域：隔断以办公隔断为主，包含各类专业机房，用户人群相对固定，主要为地铁工作人员为主，业务需求相对较小。

站台站厅层可采用传统DAS 系统或数字化室分。虽然目前传统DAS 系统的器件及天线能满足电信联通3.5G频段，但由于3.5G-DAS 系统应用于地铁场景的难点在于DAS 信源位置相对固定以致布放馈线距离偏长，导致链路损耗增大，天线口末梢功率低，DAS 系统容量低及速率低，后期无法扩容。站台站厅层采用数字化室分进行覆盖具有以下明显优势：架构简单，部署快速，网络容量大并且支持小区合并、分裂，软件灵活扩容，满足室内大话务量需求，所有网元端到端监控[1]，并入设备网管统一管控。综上所述，福州地铁5 号线的站台站厅采用数字化室分进行覆盖。

2.2 隧道区间

3 建设方案

3.1 站台站厅方案

数字化室分进行建设，采用多模外置PRRU释放3.5G+电信LTE1.8+联通LTE1.8 信号，预留NR2.1 信号。外置型PRRU 外接天线有4 个端口，A1+/A1-两个端口释放3.5/LTE1.8 信号，A2+/A2-两个端口释放3.5/LTE2.1 信号。PRRU 连接采用分开部署方式，A1+/A2+两端口接1 副双极化天线；A1-/A2-两端口接另1 副双极化天线[3]。连接方式应准确配置保障每个通道连接的天线均有LTE1.8G，3.5G-NR 信号及预留NR2.1 信号,其中LTE1.8 和NR2.1为1T1R，3.5G-NR 为2T2R。PRRU 端口连接示意如图1所示。

图1 外置型PRRU 端口连接示意图

站厅站台室内 5G 链路损耗一般采用 NLOS(非视距)模型进行[4]，链路损耗PL=（32.4+20*LOG(f)+31.9*LOG(d))+阴影衰落LNFmarg+介质损耗BPL，边缘场强=天线口功率+内置天线增益+通道增益-链路损耗。数字化室分通道功率为 4*500 mW，RSRP 功率-8.16 dBm，外接天线增益3 dBi，双通道增益6 dB，站台站厅按车厢20 dB 损耗测算，要保证车厢内站台小区边缘场强满足-105 dBm，经过室内链路损耗及覆盖距离计算，明装场景下PRRU 外接天线的间距最大值为30 m，具体计算参数及过程如表1所示。

表1 外置型PRRU 覆盖范围计算依据表

隧道为密闭式空间，无线信号穿透地铁车厢损耗较大；隧道内行驶的地铁车厢内用户位置相对车厢固定，业务主要以数据为主，业务需求量大。为了保证无线通信场强覆盖的范围和质量，隧道采用泄漏电缆进行覆盖即（RRU+POI+泄漏电缆组网方式）。根据泄漏电缆指标特性、各类损耗对无线系统的影响及链路预算的要求[2]，同时满足三大运营商所有频段制式需求，选用低损耗的5/4 泄漏电缆进行建设。

3.2 隧道区间方案

早期地铁2 条漏缆的建设模式无法实现4T4R 的5G 多流，本次地铁隧道内采用新建四条5/4”泄漏电缆（700～3 700 MHz 全频段），3 家运营商共享，连续覆盖，不贯穿站台区域。漏缆为铁塔公司建设配套，在轨道区间内挂高（距轨面）为2 100、2 400、2 720 及3 040 mm，漏缆墙面间距至少300 mm。隧道区域3.5G 频段单边漏缆传输距离最近为270 m，考虑该系统在地铁列车时速80 km/h 的切换距离为45 m，故隧道区间漏缆双边传输距离为495 m，建议实际工程中按照不超过450 m 设置开断点[5]。

4 条漏缆覆盖规划成两套系统（各双通道）；移动2.6G、电联3.5G 接入两套系统1/2/3/4 层漏缆。移动3G&4G 接入一套系统，1/3 层漏缆；电联4G 接入另一套系统，2/4层漏缆。3 家运营商4G 各系统馈入相同的漏缆相互之间会产生较强的三阶互调干扰，通过馈入至不同的漏缆能降低三阶互调干扰，提升网络质量[6]。主设备连接漏缆方式如表2 和图2 所示。

表2 运营商主设备连接漏缆规划表

图2 运营商主设备连接漏缆示意图

4G 采用NR2.1+LTE1.8 新型双频主设备，双频RRU开通三频模式NR2.1+电信LTE1.8+联通LTE1.8 信号，电信共享4G 独立载波给联通。双频设备配置4 个TX/RX 射频端口，两个端口释放NR2.1 信号，两个端口释放LTE1.8 信号（包含电信20 M+联通20 M），4 个端口根据频段接入POI 合路器上相对应的端口即电联NR2.1G 端口和电联1.8G 端口。5G 采用两台3.5G-RRU 双拼并联为4TR 设备，接入4 路POI 至4 根漏缆形成4TR-MIMO 组网模式，4TR 漏缆模式提升5G 系统容量及用户高速率感知明显，满足后期3.5G-200M 信号演进能力扩容配置。电信3.5G 和NR2.1&1.8 双频主设备连接POI 至漏缆示意图如图3 所示。

图3 电信主设备RRU 至POI 漏缆连接原理图

4 实施效果及分析

福州地铁五号线合计新增429 台多模PRRU，200 台3.5G-RRU，100 台NR2.1&1.8-RRU，64 个BBU 设备。电联共建地铁室分开通后，隧道及站台站厅5G&4G 信号覆盖整体良好。站台站厅采用新型数字室分，5G 下载速率平均值880 Mbit/s 左右；地铁隧道场景采用四缆覆盖，5G 下载速率平均值680 Mbit/s 左右，测试结果如表4 所示。

表4 福州地铁五号线NR-3.5G 测试效果

本次地铁建设电联双方基于共建共享互惠互利，降本增效的原则，优点如下。

（1）通过共建共享节省设备数量及建设投资，共建后双方运营商主设备投资减少40%左右，具体主设备投资对比分析如表5 所示。

表5 电联共建共享和单独建设地铁造价分析对比表

（2）施工工期短，单家建设施工容易、快速便捷，提升了站点开通效率。

（3）设备数量减少，相应的电源配套、机房资源、光缆传输配套投资也大幅下降。

（4）电源能耗减低，绿色低碳建设，实现节能减排，减少资源浪费。

（5）维护成本降低，共建共享后设备数量减少，设备维护节点减少，对于设备故障抢修及维护的压力减轻。

5 推广价值

本文因地制宜采用新技术、新产品设备解决了地铁5G&4G 信号建设的难题，加快了工程进度，顺利完成网络建设任务，实现了网络早投产、早受益。通过5G&4G双模设备产品的实践，充分利用电联双方共建共享的建设指导原则，有效节约了社会资源效益、大幅降低了建网成本及维护成本。电联双方深化了在地铁场景建设上的密切合作，为后续在载波共享和高流量地铁场景共享建设的推进打下了良好的合作基础，提升网络效益。该共享方案以资源挖潜为宗旨、采用相对成熟技术、低成本投入的建站模式，降低了建站难度保证了通信服务质量和用户体验，为今后地铁电联共建共享建设提供设计经验，为地铁通信网络建设进一步发展贡献力量！