杜建新

（武漢虹信技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司 湖北 武漢 430073）

0 引言

近年來，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，地鐵軌道交通建設(shè)投入使用數(shù)量直線上升，極大提升了城市交通出行能力，給人們的生產(chǎn)生活帶來了諸多便利。但軌道交通內(nèi)公眾的通信問題日益突出，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)趕不上軌道交通建設(shè)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是5G網(wǎng)絡(luò)的快速普及布網(wǎng)，造成用戶在軌道交通內(nèi)的體驗感較差[1]。為了有效解決城市軌道交通內(nèi)的公眾日常通信需求，結(jié)合近幾年各地已經(jīng)在實施的軌道交通民用通信覆蓋解決方案，梳理出一套較為系統(tǒng)的民用通信地鐵隧道覆蓋解決方案，供相關(guān)學(xué)者參考。

1 整體解決方案要點

地鐵軌道交通民用通信與傳統(tǒng)的鐵路、公路有著完全不同的特性，因此采用傳統(tǒng)的公路鐵路覆蓋方案不可取，在對低速密閉空間軌道交通進(jìn)行通信覆蓋時，要充分考慮多運營商多頻段網(wǎng)絡(luò)制式的需求以及不同區(qū)域的場景特點，采取不同的覆蓋方式等[2]。重點綜合考慮以下幾點問題。

1.1 運營商頻段的需求

截至目前國家無線電管理委員會給各運營商分配了眾多不同頻段的移動通信頻率，用于民用通信的發(fā)射臺和手持終端使用，在做地鐵軌道交通民用通信覆蓋時要充分考慮各個運營商目前以及未來一段時間內(nèi)可能使用到的通信頻率，并充分考慮隧道內(nèi)軌道公司運營專網(wǎng)及警用無線通信頻率的需求，做好頻率的提前規(guī)劃，對覆蓋設(shè)備選型及后期頻率規(guī)劃做好充分準(zhǔn)備，避免覆蓋后出現(xiàn)的網(wǎng)間、網(wǎng)內(nèi)干擾及覆蓋不滿足用戶要求的情況。

1.2 多系統(tǒng)的需求

目前移動、聯(lián)通、電信在運行的網(wǎng)絡(luò)有2G、3G、4G、5G共4種制式網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)國家規(guī)劃和運營商未來網(wǎng)絡(luò)部署安排，2G、3G網(wǎng)絡(luò)將有序逐步退網(wǎng)退頻，對于退出的頻段后續(xù)會規(guī)劃為其他網(wǎng)絡(luò)制式啟用，同時目前要考慮電、聯(lián)共建共享、移動、廣電共建共享。在做網(wǎng)絡(luò)覆蓋設(shè)計時要確定好引入覆蓋哪些網(wǎng)絡(luò)。

1.3 分區(qū)域覆蓋

依據(jù)區(qū)域場景特性，制定出不同類型的覆蓋方式。隧道內(nèi)、隧道出入段采用漏纜方式進(jìn)行覆蓋，車站站廳站臺公共區(qū)域內(nèi)采用PRRU設(shè)備覆蓋，車站設(shè)備區(qū)人流量較少的地方可以考慮采用雙路天饋布放方式進(jìn)行覆蓋。

1.4 天線點位的確定

依據(jù)各個運營商覆蓋要求，結(jié)合現(xiàn)有公網(wǎng)設(shè)備指標(biāo)特性，根據(jù)計算得出站廳站臺公共區(qū)PRRU小站點位間距為25 m左右較為合適，設(shè)備功率滿足3家運營商的覆蓋要求。

1.5 隧道及出入段的覆蓋

根據(jù)現(xiàn)有公網(wǎng)設(shè)備指標(biāo)，結(jié)合城市軌道交通建設(shè)站間距實際情況，以及覆蓋網(wǎng)絡(luò)數(shù)量，頻段需求、鏈路預(yù)算計算等，同時考慮重疊切換區(qū)設(shè)置，隧道內(nèi)POI斷點的設(shè)計間隔一般在450～500 m左右較為合理，具體到每條軌道交通，要實際調(diào)整漏纜的覆蓋距離。

1.6 傳輸系統(tǒng)

根據(jù)各運營商要求及隧道地鐵建設(shè)方案，相鄰站在每側(cè)隧道各敷設(shè)1條144芯聯(lián)絡(luò)光纜，相鄰換乘站在一側(cè)隧道敷設(shè)1條144芯聯(lián)絡(luò)光纜，每站機房至其下掛隧道設(shè)備安裝點各敷設(shè)一條48芯光纜，所有的車站外聯(lián)敷設(shè)1條288芯主干光纜。充分利用光纜的高容量、低損耗、已擴容特性，綜合解決系統(tǒng)的傳輸問題。

1.7 機房及電源配套

地鐵覆蓋的特殊性，要充分考慮容災(zāi)備份，通信機房內(nèi)采用雙路380 V供電，結(jié)合運營商設(shè)備數(shù)量、設(shè)備用電需求計算開關(guān)電源、UPS電源、交直流配電屏配置，同時采用多用戶計量電表計費，按照備電時長要求設(shè)計蓄電池組容量。電源線與地鐵隧道提供的接地線纜連接，形成可靠的接地網(wǎng)。

2 無線設(shè)計方案

2.1 站廳臺解決方案

地鐵站廳站臺公共區(qū)為乘客滯留和換乘區(qū)域，人流量大，業(yè)務(wù)高發(fā)，運用皮基站分布系統(tǒng)，即站廳站臺公共區(qū)采用BBU+RHUB+PRRU數(shù)字化室分進(jìn)行覆蓋，該類公共區(qū)域皮基站間距25 m左右，皮基站采取“W”型布放，單點位各運營商PRRU間距0.5 m左右，以利于設(shè)備散熱及網(wǎng)建干擾和隔離度要求。

BBU和RHUB分別安裝在民用通信設(shè)備機房及小端機房內(nèi)，通過光電復(fù)合纜經(jīng)橋架到達(dá)每個皮基站點位，光電復(fù)合纜等走線使用民用通信自建弱電線槽，PRRU根據(jù)現(xiàn)場裝修情況固定在吊頂下方，遠(yuǎn)離專網(wǎng)和警用通信天線。盡量同一HUB連接同一區(qū)域的PRRU基站，以便后期劃分小區(qū)。

設(shè)備區(qū)及辦公區(qū)：主要為地鐵內(nèi)工作人員活動區(qū)域，人員較固定，人員流動較少，對話務(wù)及流量負(fù)荷要求較低，可以采用雙路傳統(tǒng)室分進(jìn)行覆蓋，由于房間密集，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，根據(jù)鏈路損耗計算確定天線間距設(shè)為12 m左右。

2.2 隧道解決方案

2.2.1 漏纜間距及接入頻段確定

目前隧道漏纜覆蓋主要有2纜和4纜兩種覆蓋方式。隧道漏纜采用2根全頻段5/4輻射型漏纜，可實現(xiàn)5G 2T2R的基本接入需求，投資相對較低。采用4根全頻段5/4輻射型漏纜，可實現(xiàn)5G 4T4R的接入需求，抗干擾能力強、系統(tǒng)擴展性高，速率相對雙纜更高，用戶體驗好?？紤]到隧道正線區(qū)間人流量大，話務(wù)量高，優(yōu)選采用4根5/4泄漏電纜進(jìn)行覆蓋，可充分發(fā)揮4T4R的性能優(yōu)勢[3]。

隧道內(nèi)鋪設(shè)4條漏纜，為實現(xiàn)4*4MIMO技術(shù)，需要4路漏纜間有一定的距離。在4G實踐中，工程上一般建議4倍波長以上。考慮到多系統(tǒng)接入時系統(tǒng)間干擾和各系統(tǒng)MIMO特性間距要求，漏纜間距設(shè)置為350 mm。

2.2.2 信源設(shè)備功率確定

考慮2G、3G的有序退網(wǎng)，5G是未來重點覆蓋要求。隧道覆蓋重點考慮5G設(shè)備功率，同時考慮5G獨享和5G與4G共享的情況，將對兩種情況進(jìn)行單獨考慮設(shè)備功率，目前民用通信隧道覆蓋均交由鐵塔公司承建，電聯(lián)共建共享，電聯(lián)5G設(shè)備統(tǒng)一考慮。根據(jù)現(xiàn)有國內(nèi)主流5G設(shè)備供應(yīng)商的設(shè)備技術(shù)指標(biāo)，結(jié)合實際工程情況，確定網(wǎng)絡(luò)配置進(jìn)行設(shè)備輸出功率核算。

2.2.3 信源設(shè)備間距確定

隧道內(nèi)設(shè)備斷點間距的計算主要依據(jù)為漏纜指標(biāo)，查詢國內(nèi)主流漏纜廠家漏纜指標(biāo)，綜合選取較優(yōu)3.5～3.6 G指標(biāo)，適當(dāng)降低1.8～2.6 G指標(biāo)，使各頻段在漏纜內(nèi)能夠均衡分布，使漏纜能夠達(dá)到最大性能，詳見表1?？紤]該系統(tǒng)在列車最高時速的切換距離。根據(jù)隧道設(shè)備安裝的實際情況及各地實際工程實施經(jīng)驗，建議高頻設(shè)備間距取定為500 m左右為宜，800 M、900 M低頻斷點間距1 000 m左右為宜，通過隧道透傳POI透傳，節(jié)約800 M、900 M設(shè)備投資。

表1 斷點設(shè)備鏈路損耗計算表

2.2.4 POI頻段確定

目前廣電還未正式開通商用，現(xiàn)有3個運營商主要商用覆蓋網(wǎng)絡(luò)涉及15個制式，結(jié)合電聯(lián)共建共享的頻段需求，對POI進(jìn)行深化設(shè)計，充分論證各系統(tǒng)共存對插損等指標(biāo)的影響。考慮運營商5G規(guī)劃，結(jié)合鐵塔公司POI技術(shù)規(guī)范書頻段規(guī)劃，統(tǒng)籌考慮地鐵軌道公司專用頻段隔離要求，制定好相應(yīng)端口的頻段帶寬。同時適當(dāng)超前考慮未來5G頻段的規(guī)劃，提前規(guī)劃全頻段端口，對移動、聯(lián)通、電信900 M以下低頻端口建議采用全頻POI頻段，對于電聯(lián)1.8 G、2.1 G、3.5 G頻段、移動LTE（A、D、F、E）、5 G NR采用全頻POI和透傳POI頻段[4]。

2.2.5 出入段覆蓋確定

考慮到出入段線使用功能，話務(wù)量將會比較低，出入段線隧道內(nèi)可采用兩條漏纜覆蓋，保留隧道內(nèi)最上和最下兩根纜，建議每家運營商接入語音和單數(shù)據(jù)頻段，節(jié)約不必要的投資。

3 電源設(shè)計方案

3.1 整體供電架構(gòu)確定

由軌道公司提供1主1備兩路380 V市電電源，電源容量最終根據(jù)所帶負(fù)荷進(jìn)行計算確定。供電設(shè)施包含48V直流供電系統(tǒng)、UPS供電系統(tǒng)、各交直流配電柜/箱以及之間的連接電纜。供電負(fù)荷等級可以參考GB50157-2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》第16.10.3條規(guī)定：通信設(shè)備應(yīng)按一級負(fù)荷供電。實踐中實施比較困難，工程投資成倍增長，運營商無法接受，但考慮本通信工程為民用通信工程，可以和運營商溝通按照三級負(fù)荷建設(shè)規(guī)劃[5]。

UPS備電時間由于各個運營商對通信設(shè)備備電時間要求不一致，移動多要求備電時間2～4 h，電信、聯(lián)通對備電時間相對要求較低，建議不少于1 h。

開關(guān)電源宜采用組合式開關(guān)電源，并具備分戶計量，二次下電功能，若后期還有新增直流負(fù)荷需求時，可將蓄電池充電時率做小調(diào)整，或新增開關(guān)電源及蓄電池組，滿足用電容量增加的需求。

3.2 設(shè)備用電功耗確定

根據(jù)國內(nèi)主流廠商的無線、傳輸設(shè)備電氣指標(biāo)，結(jié)合未來用戶數(shù)量上升可能帶來的無線設(shè)備容量的增高而造成用電功耗的提升，最終綜合確定各個運營商不同網(wǎng)絡(luò)制式的設(shè)備功耗，供用電功耗預(yù)算[6]。

3.3 機房電源系統(tǒng)解決方案

直流供電系統(tǒng)：根據(jù)現(xiàn)有無線、傳輸相關(guān)專業(yè)使用的直流保障設(shè)備用電功耗，配置滿足各機房的-48 V/600 A組合式開關(guān)電源，并根據(jù)后期根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展適當(dāng)預(yù)留容量。

交流供電系統(tǒng)：根據(jù)現(xiàn)有無線專業(yè)小端機房HUB柜、物業(yè)區(qū)機房設(shè)備、機房HUB柜等交流保障設(shè)備用電功耗，配置滿足各機房的容量的UPS，并根據(jù)后期網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展適當(dāng)預(yù)留容量。

交、直流系統(tǒng)蓄電池組：由于民用通信系統(tǒng)在地鐵系統(tǒng)中屬于附加系統(tǒng)，斷電對整個地鐵系統(tǒng)的安全不存在威脅，軌道方要求能滿足基本通信及人員疏散要求，原則上地鐵發(fā)生事故后，需在0.5 h內(nèi)疏散所有人員，另考慮民用通信機房承重、空間及投資的情況，故交流、直流系統(tǒng)的電池組備電時間至少按0.5 h配置，建議適當(dāng)延長配置時長。

3.4 隧道電源系統(tǒng)解決方案

隧道側(cè)RRU設(shè)備均為非保障交流設(shè)備，由民用通信機房內(nèi)交流配電屏，接隧道內(nèi)配置交流配電箱，為各個節(jié)點所有RRU供電。隧道側(cè)電源系統(tǒng)采用380 V拉遠(yuǎn)，機房交流配電屏每個回路負(fù)責(zé)相鄰兩個斷點交流箱供電，相鄰兩個斷點交流箱采用不超過二級級聯(lián)方式。便于電量計量和供電保障。

4 傳輸設(shè)計方案

4.1 傳輸建設(shè)方案

每個地鐵站站外建立1個光交箱，用于將室外運營商的政企專線及基站傳輸信號引入地鐵內(nèi)，每個站廳臺內(nèi)分別再建設(shè)1個大機房和小端機房，用于傳輸設(shè)備的安裝和各個站點的傳輸聯(lián)絡(luò)組網(wǎng)，機房內(nèi)建設(shè)配置ODF機柜和光交箱，用于本站廳臺的傳輸設(shè)備連接組網(wǎng)，站與站之間通過光纜連接，隧道內(nèi)左右線斷點處分別安裝監(jiān)理光交箱，用于隧道內(nèi)斷點之間傳輸設(shè)備的連接，最終形成系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，根據(jù)后掛傳輸設(shè)備的多少選擇芯數(shù)不同的光纜組網(wǎng)。

4.2 傳輸設(shè)備需求

傳輸設(shè)備系統(tǒng)規(guī)劃部，1主1備2套或以上匯聚層PTN傳輸設(shè)備，有效避免光纜同路由組環(huán)和匯聚節(jié)點單節(jié)點失效的風(fēng)險，保障傳輸網(wǎng)絡(luò)運行的穩(wěn)定性。每個接入車站節(jié)點各建設(shè)1套PTN接入層設(shè)備，依據(jù)整條地鐵線路站點數(shù)量多少規(guī)劃組成兩個以上獨立的環(huán)路，采用隔點組環(huán)的方式，組成多個小環(huán)網(wǎng)，充分保障傳輸路由的可靠性[7]。

4.3 傳輸容量測算

根據(jù)3家運營商提供的BBU數(shù)量、基站類型以及各自的帶寬需求，測算單環(huán)路最大峰值帶寬數(shù)量。同時考慮地鐵開通后，未來一段時間內(nèi)人流量增加后，傳輸容量的新需求，兼顧技術(shù)演進(jìn)升級，提高經(jīng)濟效益，減少建設(shè)成本。

5 結(jié)語

綜上所述，對于民用通信地鐵隧道覆蓋，在立項建設(shè)時要高屋筑瓴，做好系統(tǒng)全面的規(guī)劃和不同專業(yè)之間的協(xié)同，對于無線覆蓋重點考慮不同網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)間的干擾，對于電源設(shè)計重點做好站亭臺、隧道斷點之間電源的引入和二次分配以及容災(zāi)備份，對于傳輸規(guī)劃重點做好容量測算和環(huán)網(wǎng)保護(hù)規(guī)劃。