支持5G共建共享和多系統(tǒng)共存的地鐵隧道覆蓋方案

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

1 概述

截至2019 年底，我國的地鐵已覆蓋45 個城市，里程超過1 萬km，是人們出行的重要方式之一。地鐵是運營商網(wǎng)絡(luò)覆蓋的重要口碑場景，在5G已商用的情況下，如何實現(xiàn)多家運營商多個通信系統(tǒng)（2G/3G/4G/5G）的共存、實現(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。本文將以重慶軌道環(huán)線二期的網(wǎng)絡(luò)覆蓋為例，從多運營商共建、多系統(tǒng)共存、中國聯(lián)通（以下簡稱聯(lián)通）和中國電信（以下簡稱電信）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、同時支持5G 共建共享的覆蓋技術(shù)方案，并通過實際的運行和測試結(jié)果進行驗證，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)方式及面臨問題

重慶軌道交通環(huán)線二期是重慶市軌道交通的重點線路，于2019年12月通車。網(wǎng)絡(luò)覆蓋建設(shè)涉及6個地下車站和8.84 km 軌行區(qū)。在軌道的網(wǎng)絡(luò)覆蓋上，3家運營商共建共享，軌行區(qū)采用POI+泄漏電纜，站廳站臺采用數(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的電源配套，運營商各自負責(zé)軌行區(qū)主設(shè)備、站廳站臺數(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)的干擾問題。按照中國聯(lián)通的干擾指標要求（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標情況，干擾RRU 的比例通常在5%～10%，這對網(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)必須重點解決的問題。

2019 年6 月，我國發(fā)放了5G 牌照，地鐵作為重點口碑場景，必須考慮5G 系統(tǒng)的接入問題。同時，在2019 年9 月，聯(lián)通和電信達成了5G 共建共享協(xié)議，地鐵的覆蓋還需要考慮對5G 共建共享的支持。由于5G頻段頻率較高、信號衰減快、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、實施難度等因素，在軌行區(qū)采用“POI+2根泄漏電纜”的方式進行覆蓋建設(shè)（4根泄漏電纜的安裝存在困難且造價較高），在接入的通信系統(tǒng)上滿足3 家的多個系統(tǒng)，一共涉及2G/3G/4G/5G 網(wǎng)絡(luò)的15 個系統(tǒng)（其中11 個系統(tǒng)使用、4 個系統(tǒng)預(yù)留），采用13 端口的POI 設(shè)備，各運營商接入的系統(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，漏纜運行穩(wěn)定可靠?？紤]5G系統(tǒng)的接入后，原有13/8漏纜無法滿足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，對覆蓋方案提出了更高的要求。為了確保對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，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 泄漏電纜開斷點方案

根據(jù)各系統(tǒng)的發(fā)射功率、器件性能、覆蓋指標要求，對照新型5/4''泄漏電纜的性能指標，通過鏈路預(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，尚無可直接應(yīng)用的經(jīng)驗方案和數(shù)據(jù)。因此，在重慶軌道環(huán)線二期覆蓋的開斷點方案選擇上，因5/4''泄漏電纜覆蓋性能的不確定性，為了確保覆蓋達標，并滿足干擾控制的功率限制要求，軌行區(qū)的漏纜開斷點按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，為了解決干擾問題，重慶軌道環(huán)線二期覆蓋的POI 器件重點關(guān)注三階互調(diào)抑制能力和端口隔離度，具體選型指標如表4所示。

表3 鏈路預(yù)算核算表

在覆蓋和接入方式上，每個斷點使用2 個POI 進行雙向覆蓋，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，3 家運營商都使用1.8～1.9 GHz 頻段時，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移動（以下簡稱移動）TDF1900、聯(lián)通LTE 1800 和WCDMA 2100 系統(tǒng)。為減少和控制干擾，采用以下方式進行干擾控制。

a）多系統(tǒng)頻率組合。在頻率組合上，進行3 家運營商的頻率協(xié)同，在頻率組合時避免干擾風(fēng)險大的相鄰頻段的使用，移動不使用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，3家運營商共同約定2G/3G/4G 系統(tǒng)主設(shè)備的輸出功率不超過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

干擾抑制是一個系統(tǒng)能力，必須同時提高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經(jīng)驗，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)驗收指標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，列車運行振動大，從實際運行經(jīng)驗來看，軌行區(qū)的漏纜分布系統(tǒng)易老化、接頭易松動，容易導(dǎo)致高干擾問題。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5G軌行區(qū)覆蓋及共建共享技術(shù)方案進行驗證，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)進行5G 共建共享測試，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個輸出端口連接到POI 上預(yù)留的3 400～3 500 MHz 端口，將5G 信號饋入泄漏電纜實現(xiàn)2T2R，按100 MHz 帶寬開通共建共享。

3 方案性能驗證及分析

軌道環(huán)線二期開通后，經(jīng)實際運行驗證，重慶3家運營商的各個系統(tǒng)均運行正常，相比以往的技術(shù)方案，該技術(shù)方案在支持5G 的同時，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)開通后，經(jīng)實際運行驗證，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 的覆蓋率達到100%、干擾不達標的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%、不達標的干擾RRU 數(shù)量占比小于2%；具體指標統(tǒng)計情況如表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 共建共享共開通了4個5G 小區(qū)，并組織進行了現(xiàn)場性能測試驗證，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 駐留比均達到100%，聯(lián)通下載均值速率達633 Mbit/s、電信下載均值速率達657 Mbit/s，雙方各項業(yè)務(wù)無明顯差異，具體指標情況如表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)的實際運行和測試情況來看，通過多手段的干擾控制、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)共建共享也沒有技術(shù)障礙，網(wǎng)絡(luò)整體運行穩(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，受限于軌行區(qū)內(nèi)的安裝空間，4 根漏纜安裝相對較困難，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)可實現(xiàn)共存。

關(guān)于斷點設(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)的覆蓋需求對斷點方案進行相應(yīng)的調(diào)整，在5G 設(shè)備使用2×30 W 2R2R時，每400 m設(shè)置1個斷點的方案能夠滿足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)進行斷點的調(diào)整，預(yù)計斷點間距離可達到500 m。

4.2 干擾控制方案

整體上，可通過系統(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家運營商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TDF1 900 MHz頻段、電信LTE1800 頻段的使用，這樣對聯(lián)通的LTE1800、WCDMA2100的干擾指標有較大的改善。同時，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40 W），這對各家通信系統(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)的干擾指標將存在較大的隱患。

同時，要重點關(guān)注漏纜分布系統(tǒng)的施工工藝和接頭保護。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，整個漏纜分布系統(tǒng)的干擾抑制指標必須優(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)接頭松動帶來的干擾。

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 個端口）、共享帶寬100 MHz 的情況下，5G 網(wǎng)絡(luò)各項覆蓋達標，下載平均速率超過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方案。在采用400 m 斷點方案、5G 主設(shè)備單通道30 W 輸出功率時，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斷點方案進行調(diào)整（增加單邊覆蓋距離），進一步降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。

5 結(jié)束語

面對當(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，并進行了實際的效果驗證和性能分析，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值。下一步，將結(jié)合新型5G覆蓋專用設(shè)備的特性，進一步優(yōu)化覆蓋方式和技術(shù)方案，努力降低建網(wǎng)成本。