地鐵商用移動(dòng)通信系統(tǒng)的引入及覆蓋

李瀛生

（江蘇省郵電建設(shè)工程有限公司，南京 210003）

地鐵商用移動(dòng)通信系統(tǒng)的引入及覆蓋

李瀛生

（江蘇省郵電建設(shè)工程有限公司，南京 210003）

近年來(lái)城市軌道交通建設(shè)如火如荼，伴隨著移動(dòng)用戶的普及率愈來(lái)愈高，將公用移動(dòng)通信引入軌道交通，是提高軌道交通運(yùn)營(yíng)部門(mén)服務(wù)質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。商用移動(dòng)通信系統(tǒng)引入是利用多種室內(nèi)分布方式將信號(hào)源的信號(hào)分布在軌道交通內(nèi)每個(gè)區(qū)域，并保證這些區(qū)域擁有理想的信號(hào)覆蓋。

地鐵；移動(dòng)通信；覆蓋方案

隨著通信行業(yè)的飛速發(fā)展，無(wú)線移動(dòng)電話的使用越來(lái)越廣泛，為了保證地鐵能夠?yàn)槌丝吞峁┤轿坏姆?wù)，地鐵建設(shè)方將考慮商用無(wú)線信號(hào)的引入。

1 系統(tǒng)功能

1.1 業(yè)務(wù)需求及覆蓋范圍

中國(guó)移動(dòng)：GSM900通信系統(tǒng)；DCS1800通信系統(tǒng)；TD-SCDMA通信系統(tǒng)。

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

中國(guó)聯(lián)通：GSM900MHz通信系統(tǒng)；DCS1800MHz通信系統(tǒng)；WCDMA通信系統(tǒng)，DVB-T數(shù)字移動(dòng)電視信號(hào)。

移動(dòng)電話引入系統(tǒng)覆蓋范圍如下：

⊙地下車站的站臺(tái)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。

⊙換乘車站的換乘通道、換乘廳。

⊙車站主體內(nèi)同期建設(shè)的商業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)域。

1.2 覆蓋要求

根據(jù)地鐵環(huán)境和實(shí)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(tái)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(biāo)要求如下：

（1）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(hào)強(qiáng)度≥－85dBm。

（2）在站廳、站臺(tái)、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(hào)強(qiáng)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(hào)強(qiáng)度≥－85dBm；出入口通道向內(nèi)方向信號(hào)在5～15m范圍內(nèi)不低于－85dBm。

1.3 覆蓋室外泄漏要求

對(duì)于GSM系統(tǒng)，出入口泄漏到外的信號(hào)強(qiáng)度在出入口各個(gè)方向10m處覆蓋系統(tǒng)電平都低于－90dBm；對(duì)于CDMA系統(tǒng)，出入口泄漏到外的信號(hào)強(qiáng)度在出入口各個(gè)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(hù)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 其他

要求各種無(wú)線信號(hào)共用同一套地鐵覆蓋系統(tǒng)時(shí)，無(wú)線信號(hào)相互之間的干擾不影響其他系統(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(guó)家環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，辦公區(qū)域一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（10μW/cm2），站臺(tái)、站廳、商場(chǎng)及隧道內(nèi)達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（40μW/cm2）。

2 系統(tǒng)方案及比選

地鐵工程無(wú)線信號(hào)引入和覆蓋系統(tǒng)的范圍為地下車站（包括站臺(tái)、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(shí)隨地的無(wú)線通信業(yè)務(wù)服務(wù)。車輛段、停車場(chǎng)及地面車站及線路已在運(yùn)營(yíng)商地面無(wú)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(hào)包括當(dāng)今無(wú)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(gè)“全覆蓋、無(wú)縫、寬頻段、能提供多業(yè)務(wù)”的無(wú)線信號(hào)引入及覆蓋工程。

2.1 總體方案

各運(yùn)營(yíng)商在地鐵各地下站的通信機(jī)房設(shè)置信號(hào)源設(shè)備，本文主要考慮地下車站和隧道的無(wú)線覆蓋分布式系統(tǒng)。移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的基站設(shè)置在各個(gè)地鐵車站的商用通信設(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)或兩點(diǎn)引入，也可從各個(gè)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(yùn)營(yíng)商傳輸資源，施工難度較大，所以選擇集中一點(diǎn)引入方式較易實(shí)施。在控制中心引入運(yùn)營(yíng)商2G及3G移動(dòng)通信信號(hào)，通過(guò)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

2.2.1 隧道信號(hào)覆蓋

隧道內(nèi)信號(hào)覆蓋主要是為了車廂內(nèi)乘客提供無(wú)線業(yè)務(wù)服務(wù)，可以采用兩種方式覆蓋，一種是利用無(wú)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(wú)源分布天線，每隔一定距離就設(shè)置一個(gè)天線，覆蓋一定的隧道區(qū)域。這種方式設(shè)計(jì)靈活，價(jià)格相對(duì)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(hào)在隧道中傳播會(huì)產(chǎn)生隧道效應(yīng)，特別是列車通過(guò)時(shí)，會(huì)對(duì)電波產(chǎn)生很大的阻擋衰落，還會(huì)導(dǎo)致信號(hào)覆蓋極不均勻。結(jié)合工程區(qū)間長(zhǎng)，空間狹窄等特點(diǎn)，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(duì)信號(hào)的泄漏原理來(lái)進(jìn)行隧道信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋，相對(duì)于分布天線覆蓋來(lái)說(shuō)，有如下優(yōu)點(diǎn)：

⊙可以很好克服由于列車通過(guò)而產(chǎn)生的阻擋衰落。

⊙信號(hào)波動(dòng)范圍減少，信號(hào)在各個(gè)地方的分布較均勻，起到較好覆蓋效果。

⊙多種不同的無(wú)線通信系統(tǒng)可以共享同一漏纜，可以省去架設(shè)多個(gè)天線的麻煩。

⊙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(kāi)槽、開(kāi)孔方式，來(lái)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(jìn)行覆蓋為最佳方案。

無(wú)線信號(hào)在隧道漏泄電纜的信號(hào)輻射方式可采用兩種方式：一是上下行信號(hào)同纜輻射；二是上下行信號(hào)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(wú)線信號(hào)工作頻段的分配，特別是GSM和CDMA系統(tǒng)工作頻段，當(dāng)采用同纜輻射方式時(shí)，不僅由于元器件的原因會(huì)產(chǎn)生三階互調(diào)，而且可產(chǎn)生較為嚴(yán)重的二階干擾（1800MHz頻段和900MHz頻段）。同時(shí)，中國(guó)聯(lián)通CDMA 800系統(tǒng)的下行頻段和中國(guó)移動(dòng)GSM 900的上行頻段僅相差5MHz間隔，若同纜設(shè)置很容易產(chǎn)生CDMA 800對(duì)GSM 900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(hào)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(hào)通過(guò)車窗，以較少損耗到達(dá)用戶。同時(shí)，為保證與TETRA專用無(wú)線系統(tǒng)之間的隔離度，泄漏電纜和TETRA專用無(wú)線系統(tǒng)用的泄漏電纜的距離應(yīng)大于0.4m為宜。

2.2.2 站廳、站臺(tái)、人流通道和換乘廳信號(hào)覆蓋

站廳、設(shè)備層、辦公區(qū)域、人流通道和換乘廳的信號(hào)分布覆蓋可以采用漏泄電纜和無(wú)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(hào)覆蓋穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，可較為容易控制信號(hào)的均勻分布，但存在造價(jià)較高、施工難度較大的缺點(diǎn)。而在車站站廳、人流通道和換乘廳等處，使用比較經(jīng)濟(jì)的無(wú)源小天線覆蓋也可以達(dá)到覆蓋質(zhì)量要求，且具有降低造價(jià)、便于施工等特點(diǎn)。

在考慮使用效果和造價(jià)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(duì)地鐵站廳、人流通道和換乘廳的完整覆蓋。

2.2.3 站臺(tái)信號(hào)覆蓋

各車站站臺(tái)類型均為島式站臺(tái)，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(guò)20米。所以，如果在隧道外墻車頂上方有足夠的空間敷設(shè)工程漏纜，則考慮站臺(tái)和隧道一起采用泄漏同軸電纜方式覆蓋，否則為保證信號(hào)平滑和穩(wěn)定，站臺(tái)也采用同軸分布式小天線加強(qiáng)信號(hào)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(duì)較長(zhǎng)的隧道區(qū)間需要增加放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)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(hào)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(shí)，光纖直放站的射頻信號(hào)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(gè)方向傳遞，中繼距離短。在超長(zhǎng)區(qū)間，若采用射頻干線放大器，需要多個(gè)放大器級(jí)聯(lián)才能滿足覆蓋要求，當(dāng)隧道內(nèi)采用兩級(jí)以上干線放大器級(jí)聯(lián)時(shí)，會(huì)使上行噪聲指標(biāo)惡化。因此，非3G系統(tǒng)在超過(guò)2公里的較長(zhǎng)隧道區(qū)間采用光纖直放站方式進(jìn)行信號(hào)中繼是首選方案。

3G區(qū)間放大可以采用兩種方式：光纖直放站放大和RRU放大。

光纖直放站放大需要在機(jī)房設(shè)置直放站近端機(jī)，將基站射頻信號(hào)耦合經(jīng)過(guò)電光轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，在區(qū)間設(shè)置直放站遠(yuǎn)端機(jī)，經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并經(jīng)信號(hào)放大延伸對(duì)區(qū)間的覆蓋。

RRU放大方式是在區(qū)間設(shè)置RRU射頻拉遠(yuǎn)單元，

RRU屬于基站一部分，它通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口及光纖傳輸將基站基帶信號(hào)傳輸?shù)絽^(qū)間，經(jīng)過(guò)基帶信號(hào)處理及數(shù)模變化、上變頻及濾波后轉(zhuǎn)換成射頻信號(hào)，并經(jīng)信號(hào)放大延伸對(duì)區(qū)間覆蓋。

以上兩種方式均能實(shí)現(xiàn)對(duì)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(diǎn)。

RRU屬于基站一部分，可由基站廠家提供，配套性好，便于運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理，但對(duì)招標(biāo)存在一定限制。光纖直放站采用射頻信號(hào)直接電/光轉(zhuǎn)換，遠(yuǎn)距離傳輸后光/電轉(zhuǎn)換直接放大，會(huì)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?hào)，幾乎不產(chǎn)生底噪，不影響信號(hào)質(zhì)量。基站可以依據(jù)RRU覆蓋范圍內(nèi)用戶使用情況，實(shí)時(shí)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。

3 結(jié)束語(yǔ)

地鐵建設(shè)中商用移動(dòng)通信系統(tǒng)的引入與覆蓋，需要對(duì)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(jià)的基礎(chǔ)上，選擇適合的方式予以覆蓋，求得經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的最佳結(jié)合。在建設(shè)與使用過(guò)程中，針對(duì)實(shí)際效果，不斷進(jìn)行優(yōu)化與完善，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以指導(dǎo)今后地鐵工程的實(shí)施。

[1] 陶孟華．在地鐵中建設(shè)3G移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究．鐵道工程學(xué)報(bào)，2009年第10期

[2] 王壽國(guó)．地鐵移動(dòng)無(wú)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(xué)，2008.01.01

[3] 徐林華．地鐵中的移動(dòng)通信系統(tǒng)．郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，1999年第6期

10.3969/j.issn.1672-7274.2014.05.009

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1672-7274（2014）05-0038-03

李瀛生，工程碩士，江蘇省郵電建設(shè)工程有限公司通信工程師、地鐵通信系統(tǒng)集成總工程師，主要研究方向：地鐵通信系統(tǒng)集成。