楊 新，賀肖榮，王 進(jìn)（中國(guó)聯(lián)通重慶市分公司，重慶 400000）

1 概述

截至2019 年底，我國(guó)的地鐵已覆蓋45 個(gè)城市，里程超過(guò)1 萬(wàn)km，是人們出行的重要方式之一。地鐵是運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)覆蓋的重要口碑場(chǎng)景，在5G已商用的情況下，如何實(shí)現(xiàn)多家運(yùn)營(yíng)商多個(gè)通信系統(tǒng)（2G/3G/4G/5G）的共存、實(shí)現(xiàn)良好的覆蓋和干擾協(xié)同，是地鐵網(wǎng)絡(luò)覆蓋建設(shè)的重要課題和難點(diǎn)。本文將以重慶軌道環(huán)線二期的網(wǎng)絡(luò)覆蓋為例，從多運(yùn)營(yíng)商共建、多系統(tǒng)共存、中國(guó)聯(lián)通（以下簡(jiǎn)稱聯(lián)通）和中國(guó)電信（以下簡(jiǎn)稱電信）5G 共建共享的需求出發(fā)，研究可滿足多系統(tǒng)覆蓋和干擾共存、同時(shí)支持5G 共建共享的覆蓋技術(shù)方案，并通過(guò)實(shí)際的運(yùn)行和測(cè)試結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，總結(jié)可用于工程推廣的技術(shù)手段和解決方案。

2 支持5G的地鐵隧道覆蓋方案

2.1 重慶軌道環(huán)線二期建設(shè)方式及面臨問(wèn)題

重慶軌道交通環(huán)線二期是重慶市軌道交通的重點(diǎn)線路，于2019年12月通車。網(wǎng)絡(luò)覆蓋建設(shè)涉及6個(gè)地下車站和8.84 km 軌行區(qū)。在軌道的網(wǎng)絡(luò)覆蓋上，3家運(yùn)營(yíng)商共建共享，軌行區(qū)采用POI+泄漏電纜，站廳站臺(tái)采用數(shù)字化室分；其中鐵塔公司承建軌行區(qū)漏纜分布系統(tǒng)和配套以及站廳站臺(tái)的電源配套，運(yùn)營(yíng)商各自負(fù)責(zé)軌行區(qū)主設(shè)備、站廳站臺(tái)數(shù)字化室分的建設(shè)。

地鐵軌行區(qū)的覆蓋建設(shè)，一般采用POI+泄漏電纜方式進(jìn)行共建共享，由于頻率組合、設(shè)備功率、POI 性能、分布系統(tǒng)干擾抑制水平等因素影響，經(jīng)常存在多系統(tǒng)的干擾問(wèn)題。按照中國(guó)聯(lián)通的干擾指標(biāo)要求（4G RSSI＜-95 dBm，3G RTWP＜-100 dBm），重慶地區(qū)前期建設(shè)的許多線路均存在不達(dá)標(biāo)情況，干擾RRU 的比例通常在5%～10%，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)整體性能和用戶感知有較大的影響，在上下班高峰期尤為明顯。因此，干擾協(xié)調(diào)和控制是地鐵軌行區(qū)覆蓋建設(shè)必須重點(diǎn)解決的問(wèn)題。

2019 年6 月，我國(guó)發(fā)放了5G 牌照，地鐵作為重點(diǎn)口碑場(chǎng)景，必須考慮5G 系統(tǒng)的接入問(wèn)題。同時(shí)，在2019 年9 月，聯(lián)通和電信達(dá)成了5G 共建共享協(xié)議，地鐵的覆蓋還需要考慮對(duì)5G 共建共享的支持。由于5G頻段頻率較高、信號(hào)衰減快、輸出功率大、且傳統(tǒng)線纜及器件的支持能力限制，地鐵軌行區(qū)的5G覆蓋方案需要解決較多的覆蓋和干擾控制問(wèn)題。

2.2 支持多系統(tǒng)共存和5G共建共享的技術(shù)方案

2.2.1 接入通信系統(tǒng)及覆蓋方案

在重慶軌道環(huán)線二期的覆蓋方案上，綜合考慮接入系統(tǒng)需求、建設(shè)成本、實(shí)施難度等因素，在軌行區(qū)采用“POI+2根泄漏電纜”的方式進(jìn)行覆蓋建設(shè)（4根泄漏電纜的安裝存在困難且造價(jià)較高），在接入的通信系統(tǒng)上滿足3 家的多個(gè)系統(tǒng)，一共涉及2G/3G/4G/5G 網(wǎng)絡(luò)的15 個(gè)系統(tǒng)（其中11 個(gè)系統(tǒng)使用、4 個(gè)系統(tǒng)預(yù)留），采用13 端口的POI 設(shè)備，各運(yùn)營(yíng)商接入的系統(tǒng)、頻段如表1所示。

2.2.2 泄漏電纜選型

以往的地鐵軌行區(qū)覆蓋建設(shè)中，泄漏電纜一般采用13/8 英寸漏纜（支持800～2 700 MHz 頻段），有多年使用的經(jīng)驗(yàn)，漏纜運(yùn)行穩(wěn)定可靠?？紤]5G系統(tǒng)的接入后，原有13/8漏纜無(wú)法滿足5G 頻段，需要采用支持5G（800～3 600 MHz）的5/4''泄漏電纜。相比13/8''泄漏電纜，5/4''泄漏電纜屬于新型漏纜，工程應(yīng)用少，雖然支持頻段更寬，但各頻段的傳輸損耗更大，對(duì)覆蓋方案提出了更高的要求。為了確保對(duì)5G 的支持和多頻段覆蓋性能，綜合考慮漏纜的業(yè)界生產(chǎn)能力，在漏纜選型時(shí)，采用了將傳輸損耗和耦合損耗相結(jié)合的最大允許損耗方式提出了對(duì)5/4''泄漏電纜的性能要求，如表2所示。

表1 軌道環(huán)線二期覆蓋接入的通信系統(tǒng)情況表

表2 5/4''泄漏電纜性能要求

2.2.3 泄漏電纜開(kāi)斷點(diǎn)方案

根據(jù)各系統(tǒng)的發(fā)射功率、器件性能、覆蓋指標(biāo)要求，對(duì)照新型5/4''泄漏電纜的性能指標(biāo)，通過(guò)鏈路預(yù)算確定各接入系統(tǒng)設(shè)備的漏纜覆蓋距離，核算結(jié)果如表3所示。

目前，5/4''泄漏電纜應(yīng)用較少，尚無(wú)可直接應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)方案和數(shù)據(jù)。因此，在重慶軌道環(huán)線二期覆蓋的開(kāi)斷點(diǎn)方案選擇上，因5/4''泄漏電纜覆蓋性能的不確定性，為了確保覆蓋達(dá)標(biāo)，并滿足干擾控制的功率限制要求，軌行區(qū)的漏纜開(kāi)斷點(diǎn)按400 m考慮。

2.2.4 POI設(shè)備選型

POI 是漏纜分布系統(tǒng)的重要器件，對(duì)多系統(tǒng)的共建共享整體性能和效果有重要影響，需要選擇高性能的器件。在POI設(shè)備選型上，主要考慮接入端口能力、支持頻率、隔離度、干擾抑制、功率容量等性能指標(biāo)，為了解決干擾問(wèn)題，重慶軌道環(huán)線二期覆蓋的POI 器件重點(diǎn)關(guān)注三階互調(diào)抑制能力和端口隔離度，具體選型指標(biāo)如表4所示。

表3 鏈路預(yù)算核算表

在覆蓋和接入方式上，每個(gè)斷點(diǎn)使用2 個(gè)POI 進(jìn)行雙向覆蓋，具體的覆蓋和連接方式如圖1所示。

2.2.5 多系統(tǒng)干擾控制方案

2.2.5.1 多系統(tǒng)頻率組合及設(shè)備功率方案

根據(jù)高鐵和地鐵的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，3 家運(yùn)營(yíng)商都使用1.8～1.9 GHz 頻段時(shí)，既有DCS1800、TDF 頻段（1900）、又有LTE1800（聯(lián)通和電信），多系統(tǒng)組合后的相互干擾較大，其中受影響較大的是中國(guó)移動(dòng)（以下簡(jiǎn)稱移動(dòng)）TDF1900、聯(lián)通LTE 1800 和WCDMA 2100 系統(tǒng)。為減少和控制干擾，采用以下方式進(jìn)行干擾控制。

a）多系統(tǒng)頻率組合。在頻率組合上，進(jìn)行3 家運(yùn)營(yíng)商的頻率協(xié)同，在頻率組合時(shí)避免干擾風(fēng)險(xiǎn)大的相鄰頻段的使用，移動(dòng)不使用TDF1900 頻段、電信不使用LTE1800（與軌道調(diào)度頻率也存在干擾），以減少1 800 MHz和2 100 MHz頻段的干擾。

b）各通信系統(tǒng)輸入功率限制方案。為減少疊加在POI器件上的干擾風(fēng)險(xiǎn)，3家運(yùn)營(yíng)商共同約定2G/3G/4G 系統(tǒng)主設(shè)備的輸出功率不超過(guò)40 W。

圖1 軌行區(qū)POI連接和覆蓋方式

2.2.5.2 POI及分布系統(tǒng)干擾抑制要求

表4 POI器件選型要求表

干擾抑制是一個(gè)系統(tǒng)能力，必須同時(shí)提高POI 器件和漏纜分布系統(tǒng)的干擾抑制能力。參考前期工程的試點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，提升了軌道環(huán)線二期覆蓋中軌行區(qū)POI及漏纜分布系統(tǒng)的干擾抑制能力：POI 器件三階互調(diào)抑制能力應(yīng)優(yōu)于-155 dBc（PIM≤-155 dBc@+43 dBm×2），漏纜分布系統(tǒng)驗(yàn)收指標(biāo)中的整體干擾抑制能力應(yīng)優(yōu)于-140 dBc。

2.2.5.3 漏纜分布系統(tǒng)施工工藝及接頭

隧道內(nèi)環(huán)境惡劣，列車運(yùn)行振動(dòng)大，從實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，軌行區(qū)的漏纜分布系統(tǒng)易老化、接頭易松動(dòng)，容易導(dǎo)致高干擾問(wèn)題。因此，為減少干擾，必須提升漏纜分布系統(tǒng)的施工工藝，特別是各接頭的施工規(guī)范性，同時(shí)采用專用的接頭防水和加固外套，確保接頭緊固、防水、耐久。

2.2.6 5G共建共享技術(shù)方案

軌道環(huán)線二期的覆蓋方案考慮了對(duì)5G 系統(tǒng)的支持，泄漏電纜選型、POI 端口等方面都滿足5G 要求，聯(lián)通和電信按照獨(dú)立的POI 端口預(yù)留給5G，其中聯(lián)通端口為3 500～3 600 MHz，電信端口為3 400～3 500 MHz（在聯(lián)通、電信的共建共享協(xié)議簽訂前已確定方案，未考慮端口的合并），可實(shí)現(xiàn)雙方5G 3.5 GHz 頻段100 MHz帶寬的共建共享。

目前，支持3.5 GHz 的5G 軌行區(qū)2TR/4TR 設(shè)備尚未成熟，為了對(duì)5G軌行區(qū)覆蓋及共建共享技術(shù)方案進(jìn)行驗(yàn)證，選取了軌道環(huán)線二期的奧體站到陳家坪站之間的軌行區(qū)進(jìn)行5G 共建共享測(cè)試，采用8T8R 的5G 3.5 GHz主設(shè)備（輸出功率8×30 W），主設(shè)備的2個(gè)輸出端口連接到POI 上預(yù)留的3 400～3 500 MHz 端口，將5G 信號(hào)饋入泄漏電纜實(shí)現(xiàn)2T2R，按100 MHz 帶寬開(kāi)通共建共享。

3 方案性能驗(yàn)證及分析

軌道環(huán)線二期開(kāi)通后，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證，重慶3家運(yùn)營(yíng)商的各個(gè)系統(tǒng)均運(yùn)行正常，相比以往的技術(shù)方案，該技術(shù)方案在支持5G 的同時(shí)，也較好地控制了系統(tǒng)間的干擾。

3.1 3G/4G網(wǎng)絡(luò)性能

網(wǎng)絡(luò)開(kāi)通后，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證，軌道環(huán)線二期聯(lián)通3G/4G 網(wǎng)絡(luò)的覆蓋和干擾指標(biāo)均取得了較好的效果，其中4G 網(wǎng)絡(luò)RSRP 大于-100 dBm 的覆蓋率達(dá)到100%、干擾不達(dá)標(biāo)的RRU 數(shù)量占比小于1%；3G 網(wǎng)絡(luò)RSCP 大于-85 dBm 的覆蓋率高于99%、不達(dá)標(biāo)的干擾RRU 數(shù)量占比小于2%；具體指標(biāo)統(tǒng)計(jì)情況如表5、表6、表7、表8所示。

3.2 5G網(wǎng)絡(luò)共建共享性能

軌道環(huán)線二期軌行區(qū)的5G 共建共享共開(kāi)通了4個(gè)5G 小區(qū)，并組織進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)性能測(cè)試驗(yàn)證，結(jié)果顯示聯(lián)通、電信5G網(wǎng)絡(luò)共建共享功能正常、覆蓋連續(xù)、小區(qū)間切換帶正常，5G 駐留比均達(dá)到100%，聯(lián)通下載均值速率達(dá)633 Mbit/s、電信下載均值速率達(dá)657 Mbit/s，雙方各項(xiàng)業(yè)務(wù)無(wú)明顯差異，具體指標(biāo)情況如表9所示。

表5 軌道環(huán)線二期聯(lián)通4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況統(tǒng)計(jì)表

表6 軌道環(huán)線二期聯(lián)通3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況統(tǒng)計(jì)表

表7 軌道環(huán)線二期聯(lián)通4G網(wǎng)絡(luò)干擾情況統(tǒng)計(jì)表

表8 軌道環(huán)線二期聯(lián)通3G網(wǎng)絡(luò)干擾情況統(tǒng)計(jì)表

4 地鐵軌行區(qū)覆蓋技術(shù)方案小結(jié)

結(jié)合重慶軌道環(huán)線二期軌行區(qū)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際運(yùn)行和測(cè)試情況來(lái)看，通過(guò)多手段的干擾控制、頻率和功率協(xié)同，以及新型泄漏電纜的使用，2G/3G/4G/5G 網(wǎng)絡(luò)的多系統(tǒng)共存是可行的，聯(lián)通、電信的5G 網(wǎng)絡(luò)共建共享也沒(méi)有技術(shù)障礙，網(wǎng)絡(luò)整體運(yùn)行穩(wěn)定有效。軌行區(qū)的技術(shù)方案和干擾控制方案如下。

表9 軌道環(huán)線二期聯(lián)通、電信5G共建共享網(wǎng)絡(luò)性能統(tǒng)計(jì)表

4.1 軌行區(qū)整體覆蓋技術(shù)方案

為了支持5G系統(tǒng)，泄漏電纜必須采用新型的5/4''漏纜，雖然該型漏纜的覆蓋性能比13/8''漏纜要差一些，但其整體性能仍在可接受范圍內(nèi)。同時(shí)，受限于軌行區(qū)內(nèi)的安裝空間，4 根漏纜安裝相對(duì)較困難，2 根漏纜的5G 2T2R 方案基本能滿足2G/3G/4G/5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋和業(yè)務(wù)需求，各系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)共存。

關(guān)于斷點(diǎn)設(shè)置方案，同頻段的5/4''漏纜覆蓋性能相比13/8''漏纜要差5～8 dB，需要結(jié)合多系統(tǒng)的覆蓋需求對(duì)斷點(diǎn)方案進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，在5G 設(shè)備使用2×30 W 2R2R時(shí)，每400 m設(shè)置1個(gè)斷點(diǎn)的方案能夠滿足5G的覆蓋需求，考慮到后續(xù)新型的2×100 W 3.5 GHz 2T2R設(shè)備的推出，可根據(jù)功率情況適當(dāng)進(jìn)行斷點(diǎn)的調(diào)整，預(yù)計(jì)斷點(diǎn)間距離可達(dá)到500 m。

4.2 干擾控制方案

整體上，可通過(guò)系統(tǒng)頻率組合、功率控制、POI 性能和施工工藝提升等手段，實(shí)現(xiàn)2G/3G/4G/5G 網(wǎng)絡(luò)的多系統(tǒng)共存和干擾控制。在系統(tǒng)頻率組合上，由于3家運(yùn)營(yíng)商1.8～1.9 GHz 的系統(tǒng)較多，為了減少干擾，在有其他頻率可用的情況下可避免移動(dòng)TDF1 900 MHz頻段、電信LTE1800 頻段的使用，這樣對(duì)聯(lián)通的LTE1800、WCDMA2100的干擾指標(biāo)有較大的改善。同時(shí)，建議在滿足覆蓋需求的情況下控制各接入系統(tǒng)的設(shè)備輸出功率（不超過(guò)40 W），這對(duì)各家通信系統(tǒng)的干擾控制有一定的作用。

在POI 選型上，一定要注意POI 的質(zhì)量和性能。在控制插損的同時(shí)注意干擾抑制性能和功率容量的提升，三階互調(diào)抑制性能不能差于-155 dBc（PIM≤-155 dBc@+43 dBm×2），否則，漏纜分布系統(tǒng)的干擾指標(biāo)將存在較大的隱患。

同時(shí)，要重點(diǎn)關(guān)注漏纜分布系統(tǒng)的施工工藝和接頭保護(hù)。軌行區(qū)環(huán)境惡劣，必須提供漏纜分布系統(tǒng)的施工工藝，整個(gè)漏纜分布系統(tǒng)的干擾抑制指標(biāo)必須優(yōu)于-140 dBc。建議各類接頭采用防水加固的專用接頭外套，避免后續(xù)接頭松動(dòng)帶來(lái)的干擾。

4.3 5G共建共享

在5G 共建共享性能上，使用2 根泄漏電纜的5G 2T2R 方案具備可行性，在使用2×30 W 的設(shè)備（8×30 W 8T8R 設(shè)備的2 個(gè)端口）、共享帶寬100 MHz 的情況下，5G 網(wǎng)絡(luò)各項(xiàng)覆蓋達(dá)標(biāo)，下載平均速率超過(guò)600 Mbit/s、最高接近800 Mbit/s。

關(guān)于5G 設(shè)備的覆蓋能力和斷點(diǎn)方案。在采用400 m 斷點(diǎn)方案、5G 主設(shè)備單通道30 W 輸出功率時(shí)，5G 設(shè)備能滿足軌行區(qū)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋要求（單邊覆蓋距離200 m），后續(xù)應(yīng)根據(jù)5G 新型2T2R/4T4R 3.5G 設(shè)備的輸出功率和性能對(duì)斷點(diǎn)方案進(jìn)行調(diào)整（增加單邊覆蓋距離），進(jìn)一步降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。

5 結(jié)束語(yǔ)

面對(duì)當(dāng)前地鐵軌行區(qū)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的需求以及多系統(tǒng)干擾控制等問(wèn)題，本文以重慶軌道環(huán)線二期網(wǎng)絡(luò)覆蓋為例，提出了支持5G共建共享和多系統(tǒng)共存的地鐵軌行區(qū)覆蓋技術(shù)方案，并進(jìn)行了實(shí)際的效果驗(yàn)證和性能分析，結(jié)果顯示該方案有較好的效果，具有較好的工程參考意義和價(jià)值。下一步，將結(jié)合新型5G覆蓋專用設(shè)備的特性，進(jìn)一步優(yōu)化覆蓋方式和技術(shù)方案，努力降低建網(wǎng)成本。