范成澤

近幾年，地鐵已成為各大城市最重要的基礎設施，有利地緩解了大城市中心區(qū)交通過于擁擠的狀態(tài)，提高了市民出行效率和乘坐舒適性。地鐵無線通信涉及到列車控制信息、列車狀態(tài)、客服信息傳送、生產調度通信、公安消防通信、以及公眾移動通信等，是保障地鐵運輸組織生產安全、高效、乘客體驗便捷舒適的必不可少的組成部分。因此，在地鐵隧道有限的空間內如何設計漏泄電纜實現無線信號覆蓋，既滿足各系統的應用需求，又相互不造成干擾，是地鐵無線通信設計的難點。本文將對漏泄電纜敷設需求、敷設方案以及工程中需要注意的干擾問題進行闡述。

1 漏泄電纜敷設需求

地鐵中隧道區(qū)間的無線信號覆蓋可采用天線或漏泄同軸電纜2種方式來實現。漏泄同軸電纜場強覆蓋分布均衡、連續(xù)，且受外界環(huán)境影響??；其優(yōu)點是場強沿漏泄同軸電纜呈帶狀分布，可實現整條隧道區(qū)間場強無縫覆蓋［1］；缺點是造價高，施工難度大。如果采用天線方式，雖然其造價低，安裝方便，但信號波動大，網絡質量無法保障。因此，無線通信系統一般采用在上、下行隧道分別敷設漏泄電纜的方式實現無線信號覆蓋。地鐵中一般包括以下無線通信系統。

1.1 專用無線通信系統

專用無線通信系統是保障行車安全、提高運輸效率、改善服務質量的重要手段；同時，當運營中發(fā)生異常情況或有線通信出現故障時，能為快速提供防災救援和事故處理指揮等提供所需的通信手段。

從目前的無線集群通信技術來看，滿足城市軌道交通專用無線通信功能的制式主要有：TETRA、B-TrunC 等。TETRA 是歐洲通信標準協會制定的窄帶數字集群通信系統，可以同時提供調度指揮、數據傳輸和電話服務。B-TrunC 系列標準是由中國寬帶集群（B-TrunC）產業(yè)聯盟組織制定的、基于TD-LTE 系統的專網寬帶集群系統標準，在保證兼容LTE 數據業(yè)務的基礎上，通過增設調度控制中心設備來提供語音集群基本業(yè)務和補充業(yè)務，以及多媒體集群調度等寬帶集群業(yè)務功能?；贚TE 的B-TrunC 調度系統已經成為中國地鐵專用無線通信系統的發(fā)展方向。

1.2 車地無線綜合承載系統

車地無線通信綜合承載系統是一個基于無線寬帶技術的數據、語音傳輸系統；系統采用A/B 雙網冗余組網，綜合承載CBTC 列車運行控制、列車緊急文本、列車運行狀態(tài)監(jiān)測、列車視頻監(jiān)控、乘客信息系統（PIS）視頻等業(yè)務。

目前適用于車地無線通信綜合承載系統的主要技術有WLAN、WiMAX 和TD-LTE。相對于目前應用的WLAN、WiMAX 設備，TD-LTE 在抗外界干擾能力和高速移動性能方面，具有明顯的優(yōu)勢，不僅滿足CBTC 系統及PIS 車地之間的雙向通信需求，而且各項性能均優(yōu)于WLAN 和WiMAX技術；此外，基于LTE 的B-TrunC 調度系統是中國地鐵專用無線通信系統的發(fā)展方向。因此，從提供高性能、綜合利用及技術前瞻性的系統角度考慮，工程中一般推薦采用TD-LTE 技術。

TD-LTE 技術在隧道區(qū)間采用RRU+漏泄同軸電纜方式實現無線覆蓋。區(qū)間覆蓋可采用單漏纜和雙漏纜2 種方式。雙漏纜方式具有高可靠性和高安全性的特點，即當其中一條漏纜出現故障時，另外一條漏纜仍可以正常提供業(yè)務，降低了單點故障對業(yè)務的影響。另外雙漏纜部署，按雙流方式實現MIMO 發(fā)射分集和空間復用，可以有效提高信道的容量［2］。因此，工程一般使用雙漏纜方案。

1.3 公安無線通信系統

公安無線通信系統是為了加強地鐵日常治安管理，并且確保各車站范圍內出現重大案情、治安事件時，公安局和公安公共交通安全總隊各級公安指揮人員能夠對現場各警務人員進行統一的指揮調度。

公安無線通信系統目前主要為350 MHz 模擬集群網，根據公安相關文件要求，公安無線通信網后續(xù)建設將采用350 MHz 頻段的PDT 數字集群體制組網。

1.4 政務（消防）無線引入系統

無線政務專網覆蓋公安、消防、應急指揮、城管、園林、水務等各政府部門，主要應用于政務、公共安全、社會管理、應急通信等領域。無線政務網還可以作為在災害情況下對軌道交通進行指揮的應急系統。

目前在多個城市已經建成了1.4 GHz TD-LTE無線政務寬帶集群系統，并在大型運動賽事、突發(fā)公共安全事件等重大事件中發(fā)揮重要作用。

1.5 公網無線引入系統

公網無線引入系統是民用移動通信服務在地鐵地下區(qū)域的延伸，系統通過將各運營商移動通信基站信號延伸到軌道交通地下空間，實現地下區(qū)域無線信號覆蓋。其中，各運營商的基站設置由運營商考慮。

公網無線引入工程需要覆蓋的信號應包括運營商的所有2G/3G/4G/5G移動信號，所以要求公網無線引入系統是一個“全覆蓋、無縫、寬頻段、能提供多業(yè)務”的無線信號引入及覆蓋工程。應考慮引入的無線信號包括：中國移動GSM/DCS、TD-SCDMA、TD-LTE 和5G；中國聯通GSM、WCDMA、LTE和5G；中國電信CDMA800、LTE和5G。

運營商基站信號較多，需分別經POI 合成為寬頻段、多系統信號，然后分成相應的路數輸出到隧道相應的漏泄電纜。公網無線引入漏泄同軸電纜射頻信號輻射可采用2 種方式：一是上下行信號同纜傳輸；二是上下行信號分纜傳輸［3］。同纜方式比分纜方式節(jié)省二分之一的漏泄電纜，但存在嚴重的干擾問題。當采用同纜方式時，上行和下行信號之間的干擾無法徹底隔離，特別是在功率較大的情況下，各系統還會產生嚴重的互調干擾。根據國內外軌道交通的實踐經驗，為克服同纜方式中存在的嚴重干擾問題，最好采用分纜傳輸方式。因此，在民用無線引入工程中，為保證對用戶提供優(yōu)質的服務，推薦采用漏泄同軸電纜分纜傳輸方式。

根據上述分析，地鐵各無線通信系統在一條隧道（上行或下行，不包括站臺區(qū)段）中對漏泄電纜的需求見表1?？紤]到隧道內敷設漏泄電纜空間有限，并應節(jié)約投資，需要對各無線通信系統的漏泄電纜進行合并，即通過在前端增加POI 合路平臺，將相關信號合入同一套天饋系統進行共用。

2 漏泄電纜共用敷設方案

2.1 共用原則

1）應考慮系統間相互干擾問題，包括互調干擾、雜散干擾和阻塞干擾。

2）遵循用途相近、頻段相近的無線通信系統共用漏泄電纜原則。

表1 地鐵各無線通信系統漏泄電纜需求

2.2 各系統共用方案

2.2.1 專用無線通信系統與車地無線綜合承載系統

專用無線通信系統和車地無線綜合承載系統均為保障地鐵正常生產和指揮所必需的地鐵專用無線通信系統。從表1 可知，2 個系統頻率相近，而BTrunC 是基于TD-LTE 系統的專網寬帶集群系統，因此，采用TD-LTE 的車地無線綜合承載系統可以共享TETRA 設置的1 條漏泄電纜，即可構成雙纜系統［4］。

2.2.2 公安無線通信系統與政務無線引入系統

公安無線通信系統與政務（消防）無線引入系統主要用于公共安全和社會管理。從表1 可知，2 個系統所用頻率相近，因此可以共用1 條漏泄電纜。

2.2.3 公網無線引入系統

從表1 可以看出，引入地鐵的運營商移動通信系統多達13 種，頻率從800 MHz 到3600 MHz。為減小系統間相互干擾，并考慮漏泄電纜在不同頻段的性能指標，3 家運營商的2G/3G/4G 系統共用2 條漏泄電纜；而5G 所用頻率均較高，并且為了發(fā)揮5G 高傳輸速率的特點，3 家運營商的5G 系統考慮采用4T4R 方案，共用4 條漏泄電纜。因此，公網無線引入系統共用6 條漏泄電纜。

2.3 方案比較

原地鐵無線通信系統設計方案需要28 條漏泄電纜，為保證干擾隔離度并采用MIMO 方式的需要，各漏泄電纜之間應保持一定的空間距離，因此隧道內無法滿足28 條漏泄電纜的敷設。經過整合，9 條漏泄電纜即可滿足需求，解決了敷設空間不夠的問題，同時節(jié)約了工程投資，減少了維護工作量。然而，整合后由于漏泄電纜在不同頻段的傳輸損耗指標不同，需要對漏泄電纜進行特殊定制；而且由于增加了POI 設備，系統額外增加了4 dB 以上的損耗，縮小了單臺設備的覆蓋范圍。

3 漏泄電纜安裝位置要求

首先，隧道中漏泄電纜安裝位置應符合安裝限界的要求。針對區(qū)間眾多的漏泄電纜、安裝支架，以及區(qū)間設備（RRU、直放站、配線架等），必須了解本線建筑限界要求，嚴格遵守不同車型、不同線路區(qū)段（平直或彎曲） 對應的限界規(guī)定。根據《地鐵設計規(guī)范》（GB 50157-2013） 5.4.1 條，漏泄電纜及其支架與設備限界應保持不小于50mm 的安全間隙［5］。

其次，根據使用對象確定漏泄電纜敷設高度。例如，用于地鐵生產、指揮的專用無線通信系統和車地無線綜合承載系統，其天線位于車頂，為避免由于車體阻擋而增加傳播損耗，其漏泄電纜安裝位置應接近車頂；而公網無線引入系統用戶為乘客，因此其漏泄電纜安裝位置應接近車窗［6］。

最后，還應考慮系統間干擾隔離度及采用MIMO 方式時漏泄電纜間的距離要求。根據相關研究結論，最低頻率為800 MHz 的2 條泄漏電纜考慮必須達到的干擾隔離距離為0.35 m［7］；同時，采用MIMO 技術要求達到的隔離距離為3～4 λ，對應車地 無 線 綜 合 承 載 系 統 （1785 MHz） 為0.50～0.67 m，公網4G 的頻率也是1800 MHz 左右，因此隔離距離要求與此相近；公網5G 最低頻率為2515 MHz，則隔離距離要求為0.36～0.48 m。因此在地鐵隧道空間內，漏泄電纜之間的空間距離應盡量能夠達到0.50 m，至少要達到0.35 m。由于地鐵隧道空間有限，單側無法提供滿足隔離距離的全部空間，因此應考慮在隧道兩側均安裝漏泄電纜。

4 頻率干擾分析及措施

4.1 干擾源分析

地鐵車地無線綜合承載系統LTE-M 使用的Band 59 頻段為1785～1805 MHz，共計20MHz 頻譜資源。Band 59 頻段所處位置特殊，位于移動運營商Band 3頻段（上行1710～1785 MHz/下行1805～1880 MHz）FDD系統的上、下行隔離帶上，如圖1所示。

圖1 LTE-M 與運營商網絡間干擾示意圖

目前，運營商對1800 MHz 頻段使用情況如下：

1） 中國移動使用1805～1830 MHz 頻帶作為其DCS 無線網絡的下行鏈路，與Band59 頻段上界之間無隔離保護帶。

2）中國電信使用1765～1785 MHz 頻帶作為其LTE FDD 無線網絡的上行鏈路，與Band59 頻段下界之間無隔離保護帶。

4.2 措施

車地無線綜合承載系統LTE-M 承載著CBTC地鐵列車運行控制及調度指揮業(yè)務，其重要性不言而喻。為了確保LTE-M 不受公眾運營商無線網絡的雜散、阻塞和互調干擾，應滿足以下需求：①確保承載兩個系統的泄漏電纜相互空間距離滿足安裝位置要求，并盡量增大間距；②嚴格把控所用基站設備的帶外抑制、雜散發(fā)射、互調產物符合國家相關標準要求；③對公網引入的上述頻段信號應設置5 MHz 以上的保護間隔；④如需調整發(fā)射功率，必須先進行測試驗證，保證不會對其他系統造成干擾后方可實施；⑤如果開通后仍存在干擾，則需運營商調整頻率配置或加裝濾波器來滿足實際隔離需求。

5 結語

隨著新技術的應用，漏泄電纜在不同頻段的傳輸損耗指標可以得到更好的均衡，因此在后續(xù)實踐中，還可進一步研究公網5G 與公網4G、公安無線通信系統設置的漏泄電纜合設的方案，進一步節(jié)約建設資源，緩解地下區(qū)間設備安裝空間緊張的情況，并減輕未來運營維護工作。同時隨著5G 頻譜新的規(guī)劃，還需要相應調整漏泄電纜的合設方案。