城市軌道交通中商用無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信的引入

關(guān) 強(qiáng)

(北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司 北京 100045)

城市軌道交通中商用無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信的引入

關(guān) 強(qiáng)

(北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司 北京 100045)

為了解決地鐵中移動(dòng)電話(huà)通信時(shí)經(jīng)常遇到的問(wèn)題，對(duì)目前國(guó)內(nèi)各城市多條地鐵線(xiàn)路商用無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信系統(tǒng)在工程設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)程中遇到的問(wèn)題、技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行分析，從明確商用無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信引入的業(yè)務(wù)需求、設(shè)計(jì)范圍及內(nèi)容、設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容等方面進(jìn)行分析、研究。

城市軌道交通;移動(dòng)通信系統(tǒng);覆蓋;隔離度

隨著時(shí)代的進(jìn)步、通信技術(shù)的發(fā)展和人們生活節(jié)奏的加快，隨時(shí)隨地通信已經(jīng)成為人們?cè)谌粘Ｉ?、工作、學(xué)習(xí)等一系列社會(huì)活動(dòng)中必不可少的需求。進(jìn)入21世紀(jì)后，移動(dòng)通信以迅猛的發(fā)展速度逐步在人們各式各樣的通信手段中占據(jù)了絕對(duì)重要的地位，大家希望在社會(huì)的每一個(gè)角落都能使用移動(dòng)通信與外界互通。

與此同時(shí)，城市交通的飛速發(fā)展也成為人類(lèi)文明不斷進(jìn)步的標(biāo)志之一。隨著城市人口數(shù)量的快速增長(zhǎng)，如何快捷、便利、優(yōu)質(zhì)地解決人們的出行問(wèn)題，已成為政府職能部門(mén)迫在眉睫需要解決的重要問(wèn)題之一，更是創(chuàng)建和諧社會(huì)的必要保證。

1 商用無(wú)線(xiàn)通信引入地鐵

乘坐過(guò)城市軌道交通(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“地鐵”)的人可能都有過(guò)這樣的感受：無(wú)論你是中國(guó)移動(dòng)的用戶(hù)，還是中國(guó)聯(lián)通的用戶(hù)，或是中國(guó)電信的用戶(hù)，在使用移動(dòng)電話(huà)通信的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)遇到電話(huà)接不進(jìn)或打不出去、通話(huà)時(shí)斷時(shí)續(xù)、進(jìn)入隧道無(wú)法通信等一系列影響通話(huà)質(zhì)量的問(wèn)題。因此，將商用無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信引入地鐵勢(shì)在必行。地鐵是一個(gè)相對(duì)比較封閉、狹長(zhǎng)的空間，在這樣的環(huán)境下將商用無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信引入，對(duì)于設(shè)計(jì)而言應(yīng)注意一些問(wèn)題。

1.1 移動(dòng)通信引入地鐵的業(yè)務(wù)需求

商用無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信引入地鐵系統(tǒng)，實(shí)際上是地面商用無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信系統(tǒng)的延伸，是為了滿(mǎn)足乘客在乘坐地鐵時(shí)能享受與地面一樣的移動(dòng)通信服務(wù)。

目前，中國(guó)的公眾商用無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商及網(wǎng)絡(luò)主要包括：中國(guó)移動(dòng)的GSM 900 MHz，TD－SCDMA;中國(guó)聯(lián)通的GSM 900 MHz，WCDMA;中國(guó)電信的CDMA 800 MHz，CDMA2000。商用無(wú)線(xiàn)引入地鐵就是要將這些不同運(yùn)營(yíng)商、不同制式、不同頻段的信源引入地鐵內(nèi)，包括地下站廳、站臺(tái)、商業(yè)區(qū)、換乘通道、運(yùn)營(yíng)隧道等，并完成全線(xiàn)相應(yīng)區(qū)域的信號(hào)覆蓋。根據(jù)建設(shè)方的不同要求，有些商用無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信引入地鐵的項(xiàng)目還包括調(diào)頻廣播和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)等，這能最大限度地滿(mǎn)足人們出行對(duì)獲取信息的需求。

1.2 移動(dòng)通信引入地鐵的設(shè)計(jì)范圍及內(nèi)容

將移動(dòng)通信引入地鐵工程，其主要設(shè)計(jì)內(nèi)容就是將地面的信源引至地下空間，并根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范以及業(yè)務(wù)需求，完成地下空間的無(wú)線(xiàn)信號(hào)的覆蓋、傳輸鏈路的配置及相關(guān)配套工程的建設(shè)。

1.2.1 無(wú)線(xiàn)信號(hào)的覆蓋范圍

無(wú)線(xiàn)信號(hào)的覆蓋范圍包括需要覆蓋的地鐵線(xiàn)路總長(zhǎng)度，每段運(yùn)營(yíng)隧道區(qū)間的長(zhǎng)度，有無(wú)超長(zhǎng)隧道區(qū)間，沿線(xiàn)地下車(chē)站的站臺(tái)、站廳、商業(yè)區(qū)以及其他公共區(qū)域的分布，是否需要覆蓋非運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路、庫(kù)線(xiàn)、支線(xiàn)等。

1.2.2 信號(hào)源的引入方式

目前通常的做法是將各個(gè)信號(hào)源通過(guò)分合路平臺(tái)(POI)進(jìn)行匯集，然后通過(guò)漏纜及天饋系統(tǒng)覆蓋相應(yīng)的區(qū)域。信源(基站)本身的建設(shè)包括載頻數(shù)的確定、頻率規(guī)劃等，均由各運(yùn)營(yíng)商負(fù)責(zé)，地面信源的引入點(diǎn)及數(shù)量需根據(jù)工程的具體情況由雙方協(xié)商確定。移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的基站設(shè)置在各個(gè)地鐵車(chē)站的商用通信設(shè)備室內(nèi)，而每個(gè)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商基站的基帶信號(hào)可由某站一點(diǎn)引入，也可從幾個(gè)車(chē)站分散引入。考慮到信源引入的可靠性，一般建議每個(gè)運(yùn)營(yíng)商按多點(diǎn)集中引入。

1.2.3 傳輸鏈路的配置

傳輸鏈路的配置一般采用單建傳輸系統(tǒng)來(lái)解決。在傳輸鏈路需求不是很大的情況下，也可以利用地鐵專(zhuān)用通信的傳輸系統(tǒng)所提供的中繼鏈路。

1.2.4 無(wú)線(xiàn)信號(hào)的覆蓋方式

在一般情況下，對(duì)于車(chē)站的站廳、換乘廳、出入口旅客通道、辦公區(qū)等公共區(qū)域，無(wú)線(xiàn)信號(hào)多采用室內(nèi)天饋線(xiàn)方式完成相應(yīng)區(qū)域的覆蓋;對(duì)于隧道區(qū)間，多采用在隧道側(cè)壁敷設(shè)泄漏同軸電纜的方式覆蓋;對(duì)于換乘通道、站臺(tái)，既可以采用室內(nèi)天饋線(xiàn)方式覆蓋，也可以采用泄漏同軸電纜方式覆蓋，亦可兩種方式同時(shí)采用。

2 設(shè)計(jì)工作中的方案細(xì)化

在明確了設(shè)計(jì)的范圍和內(nèi)容以后，接下來(lái)就要遵循經(jīng)濟(jì)性、安全性、成熟性、合理有效性、兼容性、可維護(hù)性、可擴(kuò)展性和美觀(guān)性等原則，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行細(xì)化。

2.1 車(chē)站站廳層、商業(yè)區(qū)的輻射方案

目前，由于各個(gè)運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)制式、頻率及業(yè)務(wù)種類(lèi)均不相同，因此宜采用寬頻帶的組網(wǎng)方式。例如，為了減少天饋線(xiàn)及泄漏同軸電纜的數(shù)量，采用寬頻帶天線(xiàn)和寬頻帶泄漏同軸電纜，多系統(tǒng)共用;采用上下行鏈路分置方式，提供充分可靠的隔離度，以滿(mǎn)足不同運(yùn)營(yíng)商的信號(hào)合路與分路;利用分合路平臺(tái)(POI)，實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)復(fù)用，將信號(hào)源的信號(hào)均勻分布在地鐵需要覆蓋的區(qū)域。同時(shí)，必須考慮國(guó)家對(duì)于電磁波衛(wèi)生環(huán)境的要求，在天線(xiàn)選擇方面應(yīng)選擇功率適當(dāng)?shù)奶炀€(xiàn)。除此之外，還應(yīng)盡量采用全無(wú)源系統(tǒng)，可以減少系統(tǒng)噪聲，提高系統(tǒng)質(zhì)量。

車(chē)站站廳及商業(yè)區(qū)的信號(hào)分布可采用泄漏電纜和天線(xiàn)兩種方式。采用泄漏同軸電纜方式，在保證通信的傳輸質(zhì)量和信號(hào)覆蓋穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，可較為容易地控制信號(hào)的分布，避免與地面信號(hào)產(chǎn)生干擾，但存在造價(jià)較高、施工難度大的缺點(diǎn)。采用天線(xiàn)覆蓋，只要設(shè)計(jì)合理也能達(dá)到同樣的效果。除沒(méi)有上述缺點(diǎn)外，在站廳層等處采用金屬天花板裝修時(shí)，安裝效果要美觀(guān)得多。通過(guò)對(duì)天線(xiàn)的合理布置，也可以有效地控制信號(hào)覆蓋區(qū)域。所以，一般建議采用天線(xiàn)完成對(duì)地鐵站廳層及物業(yè)區(qū)的覆蓋。例如，圓形全向吸頂天線(xiàn)一般采用吸頂?shù)陌惭b方式，而板狀定向天線(xiàn)一般采用側(cè)墻壁掛的安裝方式。當(dāng)天線(xiàn)設(shè)置采用收發(fā)分開(kāi)的方式時(shí)，收發(fā)天線(xiàn)的間隔約為50 cm，不宜過(guò)大或過(guò)小。而對(duì)于饋(射頻)纜，在有吊頂?shù)牡胤綉?yīng)盡量安裝在吊頂內(nèi)部，在沒(méi)有吊頂?shù)牡胤劫N頂安裝或側(cè)墻安裝，并且所有的饋(射頻)纜均應(yīng)采取防護(hù)措施。

2.2 隧道區(qū)間、站臺(tái)層的輻射方案

區(qū)間泄漏同軸電纜射頻信號(hào)的輻射可采用兩種方式：一是上下行信號(hào)同纜傳輸輻射，二是上下行信號(hào)分纜傳輸輻射。同纜方式與分纜方式比較，可節(jié)省1/2的泄漏電纜，但存在嚴(yán)重的干擾問(wèn)題。目前，中國(guó)移動(dòng)和聯(lián)通兩個(gè)GSM系統(tǒng)工作頻段的上行頻點(diǎn)高端與下行頻點(diǎn)低端的間隔很小，當(dāng)采用同纜方式時(shí)上下行之間的干擾難以徹底隔離，在功率較大的情況下各系統(tǒng)還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的互調(diào)干擾。

國(guó)內(nèi)外地鐵的使用情況表明，只有采用分纜方式才能克服在同纜方式中存在的嚴(yán)重干擾。因此，為保證對(duì)用戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，一般建議采用泄漏同軸電纜上下行分纜的輻射方式。泄漏同軸電纜應(yīng)安裝在隧道內(nèi)的弱電墻側(cè)，采用卡具、吊筋等方式固定于側(cè)墻上。當(dāng)漏纜設(shè)置采用上下行分纜的輻射方式時(shí)，應(yīng)保證上下行漏纜的間隔約為30 cm，以滿(mǎn)足隔離度要求。漏纜的高度應(yīng)與列車(chē)的車(chē)窗處平行，開(kāi)口方向應(yīng)基本垂直于列車(chē)車(chē)窗。

2.3 隧道出入地面時(shí)射頻覆蓋的切換方案

為滿(mǎn)足地鐵列車(chē)從地面進(jìn)出隧道時(shí)手機(jī)的切換要求，一種是將隧道外的射頻信號(hào)接收下來(lái)后直接引入到隧道泄漏同軸電纜中，另一種可考慮將隧道內(nèi)泄漏同軸電纜沿軌道延伸出地面一定距離，滿(mǎn)足場(chǎng)強(qiáng)平滑過(guò)渡的要求，避免掉話(huà)。

3 設(shè)計(jì)工作中的其他問(wèn)題

3.1 鏈路預(yù)算

3.1.1 區(qū)間隧道泄漏同軸電纜的設(shè)置

隨著移動(dòng)通信用戶(hù)數(shù)量和移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸量的高速增長(zhǎng)，移動(dòng)通信系統(tǒng)正朝著使用更高頻段的方向發(fā)展，因此應(yīng)采用包括GSM 900 MHz、CDMA和3G系統(tǒng)頻段的優(yōu)質(zhì)寬帶泄漏同軸電纜，以此作為商用無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)傳輸通道。

根據(jù)各系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的理論計(jì)算，結(jié)合目前各廠(chǎng)家提供的泄漏同軸電纜技術(shù)性能指標(biāo)以及各地地鐵移動(dòng)通信覆蓋工程的實(shí)際測(cè)試，提出如下建議：在站間距離大于1.2 km的區(qū)段，對(duì)900 MHz GSM和800 MHz CDMA系統(tǒng)應(yīng)該考慮增加直放站;在站間距離大于0.6 km的區(qū)段，3G移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)該考慮增加射頻拉遠(yuǎn)單元(RRU)。

3.1.2 車(chē)站站廳及地下商業(yè)區(qū)的天線(xiàn)覆蓋

在地鐵車(chē)站站廳及商業(yè)區(qū)，信號(hào)傳播損耗非常接近自由空間的情況，可按以下公式進(jìn)行計(jì)算，有

式中：Ls為信號(hào)傳播損耗，dB;d為傳輸距離，m;f為電波頻率，MHz。

根據(jù)各引入系統(tǒng)射頻信號(hào)輸出及場(chǎng)強(qiáng)覆蓋的要求，結(jié)合系統(tǒng)構(gòu)成及接收機(jī)的靈敏度，考慮電波傳播在建筑結(jié)構(gòu)上的衰減及系統(tǒng)余量，并根據(jù)以往的實(shí)際測(cè)試結(jié)果，在3G對(duì)應(yīng)的2 GHz頻段，傳輸距離在30 m左右。結(jié)合地鐵站廳的面積，商用無(wú)線(xiàn)移動(dòng)電話(huà)系統(tǒng)的天線(xiàn)按上行和下行分設(shè)若干副800～2 200 MHz的全向天線(xiàn)，可以滿(mǎn)足系統(tǒng)的傳輸要求。同時(shí)，上行和下行天線(xiàn)之間應(yīng)相隔一定的距離，以保證上下行回路之間的隔離度。

3.2 電磁兼容

電磁兼容在射頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)中是一個(gè)非常重要的問(wèn)題，對(duì)多系統(tǒng)兼容的地鐵移動(dòng)通信覆蓋則更是一個(gè)難題。地鐵移動(dòng)通信射頻分配系統(tǒng)的干擾主要來(lái)自以下方面：一是由于系統(tǒng)本身所使用設(shè)備、材料和元器件的非線(xiàn)性，二是由于同一區(qū)域不同運(yùn)營(yíng)商系統(tǒng)間頻段間隔不夠，三是由于運(yùn)營(yíng)商系統(tǒng)信道配置不合理等因素。

針對(duì)以上幾個(gè)方面的難點(diǎn)，采取如下對(duì)策：首先，在設(shè)備、材料和元器件的選型上，選用功率容量大、線(xiàn)性良好的產(chǎn)品;其次，在分合路平臺(tái)(POI)上，對(duì)相鄰系統(tǒng)的隔離度提出嚴(yán)格而合理的要求，并仔細(xì)平衡上下行之間的隔離度;再次，請(qǐng)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商合理配置信道。

另外，與地鐵專(zhuān)用數(shù)字集群通信等系統(tǒng)之間也應(yīng)保證有50 dB以上的隔離度，以避免系統(tǒng)間的干擾。

在地鐵車(chē)站出入口施工時(shí)也要進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)試，天線(xiàn)安裝位置既要保證切換平滑，將切換區(qū)控制在一定的范圍內(nèi)，又要有效地控制站內(nèi)天線(xiàn)系統(tǒng)信號(hào)的外溢，避免對(duì)站外的干擾。

3.3 設(shè)備限界

由于地鐵的環(huán)境比較特殊，其空間非常有限，而運(yùn)營(yíng)安全始終被放在首位，因此在與地鐵有關(guān)的設(shè)計(jì)中，限界問(wèn)題尤為重要。比如，在長(zhǎng)大隧道區(qū)間內(nèi)，需要增設(shè)區(qū)間光纖直放站遠(yuǎn)端機(jī)和射頻拉遠(yuǎn)單元(RRU)來(lái)滿(mǎn)足隧道內(nèi)部的信號(hào)覆蓋，那么在安裝時(shí)必須遵循《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》中有關(guān)限界的規(guī)定，將這些設(shè)備盡量安裝于側(cè)墻凹陷處。再如，為保證行人通行以及信號(hào)的質(zhì)量，無(wú)論是吸頂式天線(xiàn)還是壁掛式天線(xiàn)，其安裝位置不宜過(guò)低。

3.4 配套系統(tǒng)

為了保證系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可靠、穩(wěn)定地運(yùn)行，還應(yīng)根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行相關(guān)配套系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要包括：設(shè)置不間斷電源UPS系統(tǒng)，并根據(jù)需求配置蓄電池;對(duì)部分設(shè)備進(jìn)行備份;對(duì)部分系統(tǒng)，特別是傳輸系統(tǒng)，要考慮傳輸鏈路成環(huán)等。

商用無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信的引入不是一個(gè)孤立的系統(tǒng)工程，還需要與其他專(zhuān)業(yè)相互協(xié)調(diào)與配合，其中包括傳輸專(zhuān)業(yè)、供電專(zhuān)業(yè)、建筑和結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)、管線(xiàn)綜合專(zhuān)業(yè)、裝修專(zhuān)業(yè)、暖通專(zhuān)業(yè)等。因此，在引入設(shè)計(jì)時(shí)，需要同這些相關(guān)的專(zhuān)業(yè)劃清分工界面(即接口)，避免在設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)生因接口劃分不清而導(dǎo)致同一事情要么沒(méi)人做、要么重復(fù)做的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

移動(dòng)通信技術(shù)正以驚人的速度迅猛發(fā)展，特別是商用移動(dòng)通信。目前，國(guó)內(nèi)3G技術(shù)剛剛普及，4G技術(shù)正在發(fā)展之中。未來(lái)地鐵內(nèi)部的商用移動(dòng)業(yè)務(wù)將越來(lái)越豐富，從而會(huì)造成頻率環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，系統(tǒng)設(shè)備越來(lái)越繁多，導(dǎo)致設(shè)計(jì)難度大大增加。只有在工程設(shè)計(jì)中對(duì)經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)不斷總結(jié)，才能為后續(xù)工程的順利實(shí)施奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］李偉章，徐幼銘，林瑜筠.城市軌道交通通信［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2008：351－371.

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Adoption of Commercial Wireless Mobile Communication System in Urban Rail Transit

Guan Qiang
(Beijing Urban Construction Design ＆ Development Group Co.，Ltd.，Beijing 100045)

To solve the problems encountered in wireless mobile communication in metro lines，the problems and technical difficulties in the implementation of commercial wireless mobile communication system of several subway lines were analyzed.The paper studied and analyzed business requirement of commercial wireless mobile communication system，its design scope and contents and the focus of the design contents.

urban rail transit;mobile communication system;coverage;insulation

U231.7

A

1672－6073(2014)02－0094－03

10.3969/j.issn.1672 －6073.2014.02.023

2013－03－05

2013－08－05

關(guān)強(qiáng)，男，工程師，從事城市軌道交通通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究，guanq2046@126.com

(

郭 潔)