論地鐵商用移動通信系統(tǒng)的引入及覆蓋

李瀛生

摘 要 近年來城市軌道交通建設(shè)如火如荼，伴隨著移動用戶的普及率愈來愈高，將公用移動通信引入軌道交通，是提高軌道交通運營部門服務(wù)質(zhì)量的一個重要環(huán)節(jié)。商用移動通信系統(tǒng)引入是利用多種室內(nèi)分布方式將信號源的信號分布在軌道交通內(nèi)每個區(qū)域，并保證這些區(qū)域擁有理想的信號覆蓋。

關(guān)鍵詞 地鐵 移動通信 覆蓋方案

隨著通信行業(yè)的飛速發(fā)展，無線移動電話的使用越來越廣泛，為了保證地鐵能夠為乘客提供全方位的服務(wù)，地鐵建設(shè)方將考慮商用無線信號的引入。

1 系統(tǒng)功能

1.1 業(yè)務(wù)需求及覆蓋范圍

中國移動：GSM900通信系統(tǒng)；DCS1800通信系統(tǒng)；TD-SCDMA通信系統(tǒng)

中國電信：CDMA 800 通信系統(tǒng)；CDMA 2000 通信系統(tǒng)

中國聯(lián)通：GSM 900MHz通信系統(tǒng)；DCS 1800MHz通信系統(tǒng)；WCDMA通信系統(tǒng)

DVB-T數(shù)字移動電視信號。

移動電話引入系統(tǒng)覆蓋范圍如下：

（1）地下車站的站臺層、地下正線隧道區(qū)間、站廳層、主要設(shè)備用房區(qū)、人行通道；（2）換乘車站的換乘通道、換乘廳；（3）車站主體內(nèi)同期建設(shè)的商業(yè)開發(fā)區(qū)域。

1.2 覆蓋要求

根據(jù)地鐵環(huán)境和實際用戶使用情況，在地鐵內(nèi)人流最多的區(qū)域主要是站臺公共區(qū)域、站廳公共區(qū)域、換乘通道、出入口及隧道正線區(qū)間，在辦公區(qū)域、設(shè)備區(qū)域人流較少。根據(jù)用戶分布情況，覆蓋指標要求如下：

在隧道正線區(qū)間覆蓋范圍內(nèi)95%以上區(qū)域GSM、CDMA和3G的信號強度≥-85dBm。

在站廳、站臺、換乘廳、換乘通道等公共區(qū)域95%以上區(qū)域GSM、CDMA和3G的信號強度≥-85dBm；在設(shè)備區(qū)、辦公區(qū)等90%以上區(qū)域GSM、CDMA和3G的信號強度≥-85dBm；出入口通道向內(nèi)方向信號在5-15m范圍內(nèi)不低于-85dBm。

1.3 覆蓋室外泄漏要求

對于GSM系統(tǒng)，出入口泄漏到外的信號強度在出入口各個方向10m處覆蓋系統(tǒng)電平低于-90dBm；對于CDMA系統(tǒng)，出入口泄漏到外的信號強度在出入口各個方向3m處EC值（碼片能量）小于-95dBm。

1.4 干擾與噪聲

同頻干擾保護比：C/I（載波/干擾）≥12dB；

基站接收端GSM/DCS1800的上行引入噪聲≤-120dBm/200KHZ。

基站接收端CDMA的上行引入噪聲≤-107dBm/1.25MHZ；

1.5 其它

要求各種無線信號共用同一套地鐵覆蓋系統(tǒng)時，無線信號相互之間的干擾不影響其它系統(tǒng)工作性能。輸出到Tx天線端口的射頻功率不大于15dBm/載波。根據(jù)國家環(huán)境電磁波衛(wèi)生標準，辦公區(qū)域一級標準（10w/cm2），站臺、站廳、商場及隧道內(nèi)達到二級標準（40w/cm2）。

2 系統(tǒng)方案及比選

地鐵工程無線信號引入和覆蓋系統(tǒng)的范圍為地下車站（包括站臺、站廳、設(shè)備層、辦公區(qū)域、人流通道及換乘廳）和地鐵隧道區(qū)間，隧道區(qū)間的覆蓋需要滿足能為車廂內(nèi)乘客提供隨時隨地的無線通信業(yè)務(wù)服務(wù)；車輛段、停車場及地面車站及線路已在運營商地面無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍之內(nèi)，暫不考慮。工程需要覆蓋的信號包括當今無線通信領(lǐng)域的所有新舊業(yè)務(wù)。所以，要求本系統(tǒng)是一個“全覆蓋、無縫、寬頻段、能提供多業(yè)務(wù)”的無線信號引入及覆蓋工程。

2.1 總體方案

各運營商在地鐵各地下站的通信機房設(shè)置信號源設(shè)備，本文主要考慮地下車站和隧道的無線覆蓋分布式系統(tǒng)。移動運營商的基站設(shè)置在各個地鐵車站的商用通信設(shè)備室內(nèi)，而每個移動運營商基站的基帶信號可由某站一點或兩點引入，也可從各個車站分散引入。分散引入可以不占用地鐵的傳輸通道，但不便于管理，且占用大量運營商傳輸資源，施工難度較大。所以選擇集中一點引入方式較易實施。在控制中心引入運營商2G及3G移動通信信號，通過傳輸系統(tǒng)提供的2M通道和車站設(shè)置的POI設(shè)備延伸覆蓋至全線地下空間。

2.2 覆蓋方案

（1）隧道信號覆蓋

隧道內(nèi)信號覆蓋主要是為了車廂內(nèi)乘客提供無線業(yè)務(wù)服務(wù)，可以采用兩種方式覆蓋，一種是利用無源小天線覆蓋方式，一種是利用寬頻泄漏同軸電纜（LCX）覆蓋方式。

天線覆蓋方式是在隧道內(nèi)采用同軸饋線無源分布天線，每隔一定距離就設(shè)置一個天線，覆蓋一定的隧道區(qū)域。這種方式設(shè)計靈活，價格相對較低，安裝較方便。但由于是隧道區(qū)域，空間較狹窄，空間波信號在隧道中傳播會產(chǎn)生隧道效應(yīng)，特別是列車通過時，會對電波產(chǎn)生很大的阻擋衰落，還會導(dǎo)致信號覆蓋極不均勻。結(jié)合工程區(qū)間長，空間狹窄等特點，隧道內(nèi)不采用天線方式覆蓋。

泄漏同軸電纜（LCX）隧道覆蓋方式，是在隧道內(nèi)沿隧道壁敷設(shè)漏纜，借助漏纜對信號的泄漏原理來進行隧道信號場強覆蓋，相對于分布天線覆蓋來說，有如下優(yōu)點：

①可以很好克服由于列車通過而產(chǎn)生的阻擋衰落；②信號波動范圍減少，信號在各個地方的分布較均勻，起到較好覆蓋效果；③多種不同的無線通信系統(tǒng)可以共享同一漏纜，可以省去架設(shè)多個天線的麻煩。④可以生產(chǎn)出在特定頻段上有較好性能的漏纜，采用特定的開槽、開孔方式，來提高漏纜的性能。

基于以上比較，隧道內(nèi)采用寬帶泄漏同軸電纜方式進行覆蓋為最佳方案。

無線信號在隧道漏泄電纜的信號輻射方式可采用兩種方式：一是上下行信號同纜輻射；二是上下行信號分纜輻射。采用同纜輻射方式與分纜輻射方式比較，可節(jié)省一半的漏泄電纜工程投資和施工量。但根據(jù)目前無線信號工作頻段的分配，特別是GSM 和CDMA 系統(tǒng)工作頻段，當采用同纜輻射方式時，不僅由于元器件的原因會產(chǎn)生三階互調(diào)，而且可產(chǎn)生較為嚴重的二階干擾（1800MHz頻段和900MHz頻段）。同時，中國聯(lián)通CDMA800系統(tǒng)的下行頻段和中國移動GSM900的上行頻段僅相差5MHz間隔，若同纜設(shè)置很容易產(chǎn)生CDMA800對GSM900的帶外雜散干擾。所以，為了保證系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)上行鏈路和下行鏈路各采用一條漏泄電纜，并距離一定距離（30cm以上），滿足隔離度要求。

為保證信號以最小的損耗饋入車廂，泄漏電纜的架設(shè)高度宜和車窗平行，信號通過車窗，以較少損耗到達用戶。同時，為保證與TETRA專用無線系統(tǒng)之間的隔離度，泄漏電纜和TETRA專用無線系統(tǒng)用的泄漏電纜的距離應(yīng)大于0.4m為宜。

（2）站廳、站臺、人流通道和換乘廳信號覆蓋

站廳、設(shè)備層、辦公區(qū)域、人流通道和換乘廳的信號分布覆蓋可以采用漏泄電纜和無源小天線兩種方式。采用漏泄電纜方式在保證通信的傳輸質(zhì)量和信號覆蓋穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，可較為容易控制信號的均勻分布，但存在造價較高、施工難度較大的缺點。而在車站站廳、人流通道和換乘廳等處使用比較經(jīng)濟的無源小天線覆蓋也可以達到覆蓋質(zhì)量要求，且具有降低造價、便于施工等特點。

在考慮使用效果和造價的基礎(chǔ)上，站廳、人流通道和換乘廳這些區(qū)域推薦采用天線覆蓋方式，合理規(guī)劃天線布局，完成對地鐵站廳、人流通道和換乘廳的完整覆蓋。

（3）站臺信號覆蓋

各車站站臺類型均為島式站臺，由于形狀較規(guī)則，寬度較窄，包括兩邊的軌道線路，其寬度均不超過20米。所以，如果在隧道外墻車頂上方有足夠的空間敷設(shè)本工程漏纜，則考慮站臺和隧道一起采用泄漏同軸電纜方式覆蓋，否則為保證信號平滑和穩(wěn)定，站臺也采用同軸分布式小天線加強信號覆蓋。

2.3 中繼設(shè)備的選擇

由于在隧道內(nèi)CDMA800、GSM900與 DCS1800、3G的傳輸損耗差別很大，不同系統(tǒng)基站能量可以滿足覆蓋距離不同，對較長的隧道區(qū)間需要增加放大器對信號進行中繼放大，以保證隧道區(qū)間的通信質(zhì)量。

目前，非3G系統(tǒng)在需要設(shè)置放大器的隧道區(qū)間，可采用兩種信號中繼放大方式，分別為光纖直放站方式和射頻干線放大器方式。

光纖直放站方式能很好的控制系統(tǒng)上行噪聲，同時，光纖直放站的射頻信號可以雙方向傳遞，其中繼的距離約是射頻干線放大器的1.7倍。采用干線放大器只能向一個方向傳遞，中繼距離短。在超長區(qū)間，若采用射頻干線放大器，需要多個放大器級聯(lián)才能滿足覆蓋要求，當隧道內(nèi)采用兩級以上干線放大器級聯(lián)時，會使上行噪聲指標惡化。因此，非3G系統(tǒng)在超過2公里的較長隧道區(qū)間采用光纖直放站方式進行信號中繼是首選方案。

3G區(qū)間放大可以采用兩種方式：采用光纖直放站放大和RRU放大兩種。光纖直放站放大需要在機房設(shè)置直放站近端機，將基站射頻信號耦合經(jīng)過電光轉(zhuǎn)換成光信號，在區(qū)間設(shè)置直放站遠端機，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并經(jīng)信號放大延伸對區(qū)間的覆蓋。RRU放大方式是在區(qū)間設(shè)置RRU射頻拉遠單元，RRU屬于基站一部分，它通過標準接口及光纖傳輸將基站基帶信號傳輸?shù)絽^(qū)間，經(jīng)過基帶信號處理及數(shù)模變化、上變頻及濾波后轉(zhuǎn)換成射頻信號，并經(jīng)信號放大延伸對區(qū)間覆蓋。

以上兩種方式均能實現(xiàn)對區(qū)間的延伸覆蓋，均能滿足地鐵覆蓋要求，但各有優(yōu)缺點。

RRU屬于基站一部分，可由基站廠家提供，配套性好，便于運營商網(wǎng)絡(luò)維護管理，但對招標存在一定限制。光纖直放站采用射頻信號直接電/光轉(zhuǎn)換，遠距離傳輸后光/電轉(zhuǎn)換直接放大，會引入更多的底噪聲，從而抬升上行噪聲。而RRU傳輸?shù)臑榧兓鶐盘?，幾乎不產(chǎn)生底噪，不影響信號質(zhì)量?；究梢砸罁?jù)RRU覆蓋范圍內(nèi)用戶使用情況，實時調(diào)整各RRU射頻功率，調(diào)節(jié)基站覆蓋范圍及容量。

基于以上比較，推薦3G區(qū)間放大器采用RRU方式作為主選方案、光纖直放站方式作為備選方案。

三、結(jié)束語

地鐵建設(shè)中商用移動通信系統(tǒng)的引入與覆蓋，需要對業(yè)務(wù)需求、覆蓋范圍、覆蓋要求、干擾與噪聲等多種因素加以綜合分析，在考慮使用效果與造價的基礎(chǔ)上，選擇適合的方式予以覆蓋，求得經(jīng)濟與技術(shù)的最佳結(jié)合。在建設(shè)與使用過程中，針對實際效果，不斷進行優(yōu)化與完善，總結(jié)經(jīng)驗，以指導(dǎo)今后地鐵工程的實施。

參 考 文 獻

[1] 陶孟華. 在地鐵中建設(shè)3G移動通信系統(tǒng)的研究 《鐵道工程學報》2009年第10期

[2] 王壽國. 地鐵移動無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量研究 南京航空航天大學2008.01.01

[3] 徐林華. 地鐵中的移動通信系統(tǒng). 《郵電設(shè)計技術(shù)》 1999年第6期