費(fèi)躍，姜志威，劉盛堯

（中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055）

1 無(wú)線設(shè)計(jì)

北京2022年冬奧會(huì)由北京、河北張家口聯(lián)合舉辦，其中，太錫鐵路太子城至崇禮段（以下簡(jiǎn)稱太崇鐵路）與崇禮、京張鐵路一同形成崇禮城區(qū)與太子城比賽場(chǎng)館、北京市區(qū)、張家口市區(qū)間的大能力、便捷、快速客運(yùn)通道，可以有效滿足冬奧會(huì)崇禮賽區(qū)交通需求，同時(shí)兼顧本地居民出行需求。

太崇鐵路位于張家口市崇禮區(qū)境內(nèi)，南起崇禮鐵路太子城站，北迄崇禮區(qū)大夾道溝村崇禮站，大致呈南北走向，南端與在建崇禮鐵路下花園至太子城段相接，北端預(yù)留向北延伸至錫林浩特條件。太崇鐵路新建單線隧道共2座，合計(jì)14 434.26 m，占該段線路總長(zhǎng)度的90.99%。最長(zhǎng)隧道為和平隧道，全長(zhǎng)8 944.26 m，位于河北省張家口市崇禮區(qū)太子城村至黃土嘴村之間。崇禮隧道全長(zhǎng)5 490 m，位于河北省張家口市崇禮區(qū)黃土嘴村至大夾道溝村之間。隧道外區(qū)段已由沿線中國(guó)鐵塔公司設(shè)置的公網(wǎng)基站及鐵塔提供無(wú)線覆蓋，本次方案主要針對(duì)隧道內(nèi)的公網(wǎng)無(wú)線覆蓋設(shè)計(jì)，從設(shè)備制式、漏泄同軸電纜（以下簡(jiǎn)稱漏纜）方案和鏈路預(yù)算3個(gè)方面進(jìn)行說(shuō)明。

1.1 設(shè)備制式

目前，鐵路隧道內(nèi)普遍采用“RRU＋漏纜”的方式進(jìn)行覆蓋[1]，使用鐵路紅線外的BBU作為信源，RRU、POI設(shè)置于隧道洞室內(nèi)[2]。信號(hào)由RRU、POI（多系統(tǒng)接入平臺(tái)）饋入漏纜，POI對(duì)多制式信號(hào)合路后通過(guò)漏纜對(duì)隧道內(nèi)進(jìn)行覆蓋[3]?？紤]到普速單線鐵路客運(yùn)能力、車速條件以及既有土建條件，在滿足公網(wǎng)通信覆蓋條件下，運(yùn)營(yíng)商采用的設(shè)備型號(hào)制式主要有移動(dòng)的FDD-LTE 1 800 MHz和TDD-NR 2 600 MHz、聯(lián)通電信競(jìng)合的CDMA800、FDD-LTE 1 800 MHz和FDD-NR 2 100 MHz。

1.2 漏纜方案

高鐵列車密封性好，穿透損耗較大[4]，目前5G公網(wǎng)漏纜一般采用5/4＂低損耗型漏纜，主要針對(duì)1 700～3 700 MHz頻段，特點(diǎn)是高頻信號(hào)傳輸損耗小，但對(duì)于1 700 MHz及以下頻段信號(hào)傳輸損耗較大，若采用低損耗漏纜需另設(shè)置1條低頻段專用漏纜傳輸CDMA設(shè)備的800 MHz信號(hào)，存在一定的資源浪費(fèi)。而13/8＂全頻段型漏纜的最佳使用頻段為700～2 700 MHz，由于運(yùn)營(yíng)商設(shè)備工作頻段集中在800～2 600 MHz，根據(jù)QZTT 3007—2016《無(wú)源分布系統(tǒng)射頻電纜技術(shù)要求》，參照中國(guó)鐵塔公司對(duì)11家廠家射頻電纜的技術(shù)指標(biāo)測(cè)試，13/8＂型泄漏電纜在最低的800 MHz頻段的聯(lián)通CDMA設(shè)備百米損耗約2.2 dB，最高的2 600 MHz頻段的移動(dòng)TDD-LTE設(shè)備百米損耗約6.2 dB。本次方案采用2條全頻段型漏纜，其中POI設(shè)備的2.6 GHz頻段端口已考慮5G設(shè)備的160 M帶寬需求，器件隔離度指標(biāo)遠(yuǎn)需滿足系統(tǒng)間抗干擾要求。同時(shí)對(duì)于各系統(tǒng)內(nèi)部干擾，可以通過(guò)頻率配置來(lái)滿足抗干擾的要求。本方案通過(guò)合理選取漏纜型號(hào)及配套連接設(shè)備可實(shí)現(xiàn)全部設(shè)備工作頻段的接入要求。

漏纜卡具的形式、安裝間距、防火卡具的安裝應(yīng)滿足鐵路施工的安裝要求。公網(wǎng)漏纜安裝卡具間距為1 m，防火卡具的安裝間距為10 m，每個(gè)隧道進(jìn)出口應(yīng)先安裝防火卡具，卡具應(yīng)安裝牢固。隧道口處的卡具應(yīng)考慮適當(dāng)加密處理。同時(shí)公網(wǎng)應(yīng)采用阻燃型13/8＂漏纜，漏纜需滿足鐵路隧道內(nèi)環(huán)境要求，并保證在本工程環(huán)境下工作安全可靠。即使在故障條件下，也不應(yīng)對(duì)人身造成任何傷害。

根據(jù)RRU及POI設(shè)備接口數(shù)量，全頻段漏纜與信源連接方式為：RRU（分布式基站）輸出端口由饋線連接至POI輸入端口，POI將全部系統(tǒng)信號(hào)合路處理后輸出至漏纜。與目前5G信號(hào)單獨(dú)設(shè)置漏纜的方案相比，該方案不僅滿足移動(dòng)、聯(lián)通、電信三家運(yùn)營(yíng)商4G和5G設(shè)備的多進(jìn)多出（MIMO）需求，有效地提升數(shù)據(jù)傳輸速率和無(wú)線鏈路可靠性，同時(shí)節(jié)約了工程投資。各設(shè)備連接關(guān)系如圖1所示。

圖1 公網(wǎng)洞室內(nèi)設(shè)備連接關(guān)系

高鐵列車車窗下沿距軌面高度約為2 m，車窗上沿距軌面約為2.8 m。根據(jù)鐵塔公司和運(yùn)營(yíng)商的需求，結(jié)合照明電纜高度（鐵路電力照明線與漏纜間距不應(yīng)小于0.6 m），本方案使用兩條漏纜分別掛設(shè)在距軌面2.1 m和2.6 m的高度，漏纜孔指向車窗。

1.3 鏈路預(yù)算

本工程為移動(dòng)、聯(lián)通、電信3家基礎(chǔ)運(yùn)營(yíng)商共建共享，建設(shè)方案必須同時(shí)滿足3家運(yùn)營(yíng)商各無(wú)線制式的技術(shù)指標(biāo)。在鐵路隧道區(qū)段場(chǎng)景中，無(wú)線覆蓋主要體現(xiàn)在下行鏈路受限，因此，本次鏈路概算主要考慮下行鏈路概算。根據(jù)運(yùn)營(yíng)商設(shè)備參數(shù)，漏纜性能、列車型號(hào)，結(jié)合隧道結(jié)構(gòu)可根據(jù)鏈路預(yù)算得出采用雙漏纜方案各設(shè)備制式的單邊覆蓋范圍，具體數(shù)值見(jiàn)表1。

表1 鏈路預(yù)算結(jié)果

根據(jù)鏈路預(yù)算結(jié)果，可看出移動(dòng)5G設(shè)備單邊覆蓋距離最短，是設(shè)備間距的主要限制因素。要滿足運(yùn)營(yíng)商全部設(shè)備的覆蓋要求，則設(shè)備間距宜小于移動(dòng)5G設(shè)備的兩倍單邊覆蓋間距（642 m）。

2 公網(wǎng)洞室利用與改造

2.1 洞室尺寸改造

本次方案結(jié)合隧道既有洞室情況，隧道內(nèi)RRU與POI安裝在隧道綜合洞室、通信洞室內(nèi)，設(shè)備均掛設(shè)在墻壁上，設(shè)備應(yīng)盡量掛設(shè)在洞室內(nèi)的正面墻上，施工時(shí)可根據(jù)洞室實(shí)際情況對(duì)公網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行美觀化擺放。公網(wǎng)設(shè)備可采用豎向安裝以優(yōu)化空間位置，但需采用防脫螺母安裝或采用設(shè)備固定扁鋼進(jìn)行加固，以防止設(shè)備脫落。

對(duì)不滿足空間要求的洞室，需進(jìn)行土建改造，在保留原有洞室功能的前提下，為公網(wǎng)設(shè)備提供充足的安裝空間。其中，檢查井洞室由2 m（寬）×2 m（深）×2.2 m（高）改為4 m（寬）×5.35 m（深）×2.8 m（高），大避車洞寬度和高度不變，深度由2.5 m增加至5.5 m。此外，為了滿足防火規(guī)范要求，需在隧道洞室中間增加防火封堵以及防火抗壓門(mén)，規(guī)格與通信洞室保持一致。公網(wǎng)隧道洞室采用下走線方式，利用鋼管防護(hù)引入洞室后，再沿墻壁布線。公網(wǎng)與專網(wǎng)合用的洞室，公網(wǎng)設(shè)備的安裝應(yīng)選擇沒(méi)有專網(wǎng)設(shè)備的側(cè)壁，做到物理隔離。

2.2 洞室位置設(shè)置

根據(jù)既有洞室分布情況，按如下原則設(shè)置公網(wǎng)隧道洞室：

1）由于既有鐵路通信洞室可滿足公網(wǎng)設(shè)備安裝空間要求，不進(jìn)行二次改造。故本次設(shè)計(jì)充分利用鐵路通信洞室。

2）根據(jù)鏈路預(yù)算，5G及4G設(shè)備按600 m間距布置，CDMA設(shè)備按1 200 m間距與5G及4G設(shè)備共用洞室。

3）為降低饋線過(guò)軌帶來(lái)的損耗，減輕路局運(yùn)營(yíng)維護(hù)壓力，兩條公網(wǎng)漏纜及改造的公網(wǎng)洞室均與通信專用洞室保持同側(cè)。

圖2為截取崇禮隧道部分區(qū)段洞室改造示意。

圖2 崇禮隧道部分區(qū)段洞室改造示意

3 配套工程方案

3.1 電源方案

本次方案在隧道口及隧道綜合洞室設(shè)置公網(wǎng)設(shè)備，公網(wǎng)設(shè)備利用既有鐵路電源供電，涉及新設(shè)供電設(shè)施、線纜以及太崇鐵路主體工程配電設(shè)備的擴(kuò)容設(shè)計(jì)等。新增公網(wǎng)用電負(fù)荷按三級(jí)負(fù)荷供電，公網(wǎng)設(shè)備原則上由鐵路10 kV綜合負(fù)荷貫通線上的基站、直放站箱式變電站供電。

3.2 光纜方案

本次方案中每臺(tái)RRU設(shè)備的纖芯需求為4芯（1收1發(fā)+2芯備用），本工程每處設(shè)備點(diǎn)按照5臺(tái)RRU設(shè)備考慮。RRU設(shè)備與BBU設(shè)備之間按照全部采用星型的最大連接方式考慮芯線運(yùn)用，隧道內(nèi)按照光纜整束管剖開(kāi)的方案，確定每處洞室單側(cè)光纜成端24芯，即洞室實(shí)際按“用二備二余一芯”。因此，隧道公網(wǎng)覆蓋工程結(jié)合紅線外BBU位置和紅線內(nèi)各隧道內(nèi)RRU的數(shù)量，利用鐵路通信電纜槽敷設(shè)144芯或288芯光纜，隧道間的明區(qū)段若需敷設(shè)光纜按直接拉通設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著2022北京冬奧會(huì)的順利閉幕，太崇鐵路作為國(guó)內(nèi)首條全隧道覆蓋5G公網(wǎng)的普速鐵路，為旅客提供了優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。設(shè)計(jì)方案對(duì)普速鐵路提供了低成本，高質(zhì)量5G公網(wǎng)建設(shè)提供了可行案例。滿足了運(yùn)營(yíng)商市場(chǎng)需求，提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，起到了提升國(guó)門(mén)通道形象的重要作用。