徐州地鐵線路5G方案的效果討論與分析

薛雨偉 陳慶勇

廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 廣東 廣州 510630

引言

地鐵場(chǎng)景作為5G室內(nèi)覆蓋場(chǎng)景，具有高業(yè)務(wù)量、用戶感知強(qiáng)、資源受限等特點(diǎn)。隨著我國(guó)5G時(shí)代的到來(lái)，傳統(tǒng)的地鐵覆蓋方式將難以滿足5G的全覆蓋的特點(diǎn)，而針對(duì)5G覆蓋所使用的有源室分等建設(shè)方式在地鐵受限于空間資源和建設(shè)成本，難以實(shí)現(xiàn)全地鐵場(chǎng)景覆蓋[1]。因此，本文以徐州地鐵二號(hào)線為例，探討如何在地鐵中實(shí)現(xiàn)全地鐵場(chǎng)景覆蓋進(jìn)行探討。

1 徐州地鐵現(xiàn)狀及規(guī)劃

1.1 現(xiàn)狀

截至2020年12月，徐州地鐵已開(kāi)通地鐵1號(hào)線、地鐵2號(hào)線2條運(yùn)營(yíng)線路，共設(shè)車(chē)站38座（換乘站不重復(fù)統(tǒng)計(jì)），換乘車(chē)站2座，運(yùn)營(yíng)里程共計(jì)46.15km。

1.2 規(guī)劃

2020年底前，徐州已形成城市地鐵骨干網(wǎng)絡(luò)，已開(kāi)通2條線路，實(shí)現(xiàn)城區(qū)全覆蓋，截至2020年11月，徐州地鐵在建線路共有3條，即徐州地鐵3號(hào)線一期、徐州地鐵3號(hào)線二期、徐州地鐵6號(hào)線一期，線路總長(zhǎng)約47.43km。2020年1月20日，國(guó)家發(fā)改委批復(fù)徐州地鐵第二期建設(shè)規(guī)劃。徐州地鐵遠(yuǎn)期線網(wǎng)規(guī)劃由11條線路組成，包含中心城區(qū)7條軌道普線和外圍地區(qū)4條軌道快線，總規(guī)模323.1千米。

1.3 覆蓋需求

3家運(yùn)營(yíng)商共11套系統(tǒng)接入，具體如下：移動(dòng)：GSM900、DCS1800（FDD）、TD-LTE2.3（E頻段）、TD-LTE（D頻段）、TD-LTE(F頻段）、NR2.6G；電信：CDMA800、FDD-LTE2.1G、NR3.5G；聯(lián)通：WCDMA2.1G、FDD-LTE1.8G、NR3.5G（5G共建共享，由電信共享載波100MHz，后續(xù)升級(jí)200MHz獨(dú)立載波）。

2 地鐵5G方案討論

2.1 5G接入方式

2.1.1 區(qū)間隧道方案

徐州地鐵二號(hào)線建設(shè)前，完成地鐵5G試點(diǎn)測(cè)試的城市有鄭州、石家莊、濟(jì)南、北京。普遍采用的區(qū)間隧道覆蓋方式有以下幾種

圖1 區(qū)間隧道方案

徐州二號(hào)線隧道內(nèi)采用1-1/4”泄漏電纜四纜覆蓋，站臺(tái)區(qū)（廣告牌區(qū)域）電聯(lián)斷開(kāi)，移動(dòng)單獨(dú)布放兩纜，隧道內(nèi)連續(xù)覆蓋；設(shè)備安裝時(shí)，POI及運(yùn)營(yíng)商主設(shè)備安裝于隧道區(qū)間，掛墻安裝；在漏纜安裝時(shí)，漏纜共鋪設(shè)171.1km，固定在隧道墻壁以及托架最外側(cè)，鑒于漏纜隔離度的特殊需求，漏纜卡具需要廠家定制，采用普通卡具每1 m固定一個(gè)，每10m時(shí)使用防火卡具；考慮MIMO需求及隧道內(nèi)的限界，4條漏纜相鄰間距為0.28m；另外，根據(jù)各系統(tǒng)設(shè)備輸出功率、覆蓋要求，結(jié)合鏈路預(yù)算，可以得出在隧道區(qū)域，電信5G頻段單邊傳輸距離最近[2]，為254m，考慮該系統(tǒng)在列車(chē)時(shí)速80km/h的切換距離為40 m，故隧道區(qū)間雙邊傳輸距離為469m。根據(jù)隧道設(shè)備安裝的實(shí)際情況及運(yùn)營(yíng)商對(duì)鏈路預(yù)算的要求[3]，再結(jié)合實(shí)際工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，本工程斷點(diǎn)間距取定參考值為450m。

2.1.2 站臺(tái)站廳方案

站廳站廳室分覆蓋通常采用傳統(tǒng)室分或新型室分兩種方式進(jìn)行覆蓋。目前全國(guó)大多數(shù)省份地鐵4G時(shí)代站臺(tái)站廳已采用新型室分，5G時(shí)代基本上都采用新型室分[4]，繼續(xù)采用傳統(tǒng)室分面臨性能劣勢(shì)。

徐州地鐵二號(hào)線的車(chē)站覆蓋方式：主要分為公共區(qū)域、辦公區(qū)、機(jī)房區(qū)等，根據(jù)不同區(qū)域場(chǎng)景采用多元化覆蓋方式：1)公共區(qū)域：站廳站臺(tái)比較開(kāi)闊，無(wú)墻體阻擋，天線布放采用“W”型交叉覆蓋方式，天線間距設(shè)置為15m；2)站廳辦公及機(jī)房區(qū)：房間密集，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，天線間距設(shè)置為12m，重要的辦公室、會(huì)議室、更衣室等，采用天線進(jìn)房間覆蓋；3)站廳出入口覆蓋：部分出入口建筑圖紙不穩(wěn)定的，預(yù)留3～4個(gè)天線功率；出入口無(wú)障礙電梯在站廳層設(shè)置對(duì)數(shù)周期天線進(jìn)行覆蓋，保證與室外信號(hào)的良好切換[5]；4)站臺(tái)設(shè)備區(qū)：機(jī)房及走廊采用漏纜與全向天線兼顧覆蓋的方式；5)站廳站臺(tái)每個(gè)點(diǎn)位3個(gè)天線采用正三角形方式布放，天線間距1m，從而實(shí)現(xiàn)MIMO效果。

2.2 5G場(chǎng)景應(yīng)用方案

根據(jù)以上方案分析，5G在地鐵中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了信息的共享，將場(chǎng)景應(yīng)用方案劃分以下兩種。下面對(duì)5G升級(jí)典型應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行分析。

（1）場(chǎng)景一：存量只有移動(dòng)，在短期之內(nèi)，電信、聯(lián)通無(wú)共享需求。故新增5G升級(jí)模塊，并采用現(xiàn)有POI設(shè)備和分布系統(tǒng)，將5G信號(hào)饋入漏纜。通過(guò)POI安裝，減少了設(shè)備投入，降低用戶投資[6]。

（2）場(chǎng)景二：存量只有電信和聯(lián)通，在短期之內(nèi)，移動(dòng)無(wú)共享需求。故新增5G升級(jí)模塊，并采用現(xiàn)有POI設(shè)備和分布系統(tǒng)。此場(chǎng)景不影響分布系統(tǒng)，故不需要對(duì)分布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。但5G分布系統(tǒng)投資較大、施工難度大，不利于地鐵隧道新增漏纜施工[7]。

（3）場(chǎng)景三：存量只有移動(dòng)，且短期內(nèi)電信、聯(lián)通有共享需求。新增一套5G分布系統(tǒng)及POI設(shè)備供3家5G接入使用，原有分布系統(tǒng)及POI設(shè)備不做任何改造。引場(chǎng)景對(duì)現(xiàn)有分布系統(tǒng)基本無(wú)影響，此場(chǎng)景不影響分布系統(tǒng)，故不需要對(duì)分布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整[8]。但5G分布系統(tǒng)投資較大、施工難度大，不利于地鐵隧道新增漏纜施工。3家共享漏纜存量，從而會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的干擾信號(hào)。

3 5G方案的應(yīng)用前景及趨勢(shì)

5G技術(shù)在徐州城市軌道交通體系中的應(yīng)用，應(yīng)做到以下兩個(gè)方面：（1）通過(guò)在地鐵中引入5G技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有系統(tǒng)的升級(jí)優(yōu)化。此項(xiàng)技術(shù)作為一種新興技術(shù)，由于發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)，導(dǎo)致其運(yùn)行技術(shù)相對(duì)于4G技術(shù)來(lái)說(shuō)，仍顯得不夠平穩(wěn)，因此，我們應(yīng)對(duì)5G通信設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，以滿足該技術(shù)在軟件和硬件上的使用需求[9]。（2）當(dāng)前，在5G技術(shù)設(shè)備優(yōu)化過(guò)程中，需要大量的資金作為支撐，且要對(duì)5G技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析，以不斷完善運(yùn)行體系，為5G的普及做好準(zhǔn)備。（3）AI、無(wú)人機(jī)的出現(xiàn)為5G移動(dòng)通信提供相應(yīng)的支持，該技術(shù)與徐州未來(lái)城市軌道交通業(yè)的發(fā)展聯(lián)系較為密切，城市軌道交通智能化的發(fā)展需要5G作為技術(shù)基礎(chǔ)[10]。

4 結(jié)論

總之，隨著我國(guó)居民生活不平的迅速提升和生活方式的不斷轉(zhuǎn)變，徐州地鐵得到了迅速的發(fā)展，在地鐵中引入了新技術(shù)，以打造出現(xiàn)代化城市空間，為當(dāng)?shù)爻丝吞峁┴S富的生活體驗(yàn)和服務(wù)。通過(guò)在徐州地鐵引入5G方案，實(shí)現(xiàn)電信聯(lián)通地鐵場(chǎng)景（隧道和站臺(tái)站廳）5G共建共享。且在該站設(shè)置地鐵場(chǎng)景5G體驗(yàn)區(qū)，通過(guò)5G手機(jī)、VR和物聯(lián)網(wǎng)管理與乘客進(jìn)行互動(dòng)，讓乘客充分了解和體驗(yàn)5G所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于目前來(lái)說(shuō)，未來(lái)的徐州地鐵將會(huì)本著為客戶服務(wù)為宗旨，對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)管理方式進(jìn)行創(chuàng)新，以推動(dòng)地鐵行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。