地鐵隧道無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋設(shè)計方案對比研究

王思宇

隨著我國軌道交通事業(yè)的發(fā)展，乘坐地鐵逐漸成為人們出行的重要選擇，如何在地鐵內(nèi)提供穩(wěn)定、高速的移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋成為困擾運營商的一大難題。通過選取地鐵覆蓋中隧道覆蓋這一分支，以天津地鐵6號線一期工程為例，研究分析2種常用的隧道覆蓋方案的特點，并總結(jié)出各自的優(yōu)缺點，從而指導(dǎo)后續(xù)地鐵隧道覆蓋設(shè)計工作。

地鐵 隧道覆蓋 多系統(tǒng)合路平臺 漏泄電纜

1 背景介紹

目前我國軌道交通發(fā)展迅速，相應(yīng)地鐵無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋也隨著人們的需求而迅速發(fā)展。未來移動通信的發(fā)展將從語音業(yè)務(wù)占主導(dǎo)地位轉(zhuǎn)向以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主導(dǎo)，在地鐵內(nèi)提供穩(wěn)定、高速的移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋已勢在必行。

為保證移動通信網(wǎng)絡(luò)的性能，滿足市場發(fā)展的需要，地鐵項目作為室內(nèi)分布工程建設(shè)中具有較大的經(jīng)濟效益、社會影響力也較大的目標(biāo)，應(yīng)予以優(yōu)先覆蓋，需重點解決。因此，地鐵覆蓋是一個可以實現(xiàn)通信運營商、地鐵運營商、乘客“三贏”的舉措。地鐵覆蓋與其他場景最顯著的區(qū)別在于隧道覆蓋，所以本文將主要研究地鐵隧道覆蓋設(shè)計方案。

1.1 地鐵隧道無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋特點

（1）地鐵隧道為封閉式環(huán)境，無線信號在隧道環(huán)境中傳播容易產(chǎn)生快衰落；

（2）列車車體會對無線信號產(chǎn)生屏蔽作用；

（3）接入系統(tǒng)多，覆蓋要求高，安裝環(huán)境要求高；

（4）采用POI（Point Of Interface，多系統(tǒng)合路平臺）對信號進行合路；

（5）采用漏泄電纜對隧道進行覆蓋。

1.2 地鐵隧道無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋需要注意的問題

（1）系統(tǒng)間干擾分析；

（2）切換區(qū)設(shè)定和重疊區(qū)域計算；

（3）隧道區(qū)間鏈路預(yù)算；

（4）容量分析。

2 地鐵隧道無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案介紹

地鐵隧道中一般采用漏泄電纜進行無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋。漏泄電纜是在隧道等狹長環(huán)境中經(jīng)常使用的一種解決方案，具有信號場強分布均勻、覆蓋距離長、有效覆蓋范圍窄等優(yōu)點；其缺點是造價較高、彎曲半徑大、施工難度大。

2.1 POI配置

隧道無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋采用POI設(shè)備，將三家運營商不同的通信系統(tǒng)信號進行合路，并將合路信號饋入漏纜，從而保證覆蓋指標(biāo)，提升頻率資源利用率并降低投資。POI功能原理示意圖如圖1所示：

以圖1接入的8系統(tǒng)為例，根據(jù)鏈路預(yù)算，最受限的系統(tǒng)是頻率最高的中國移動TD-LTE系統(tǒng)，覆蓋距離為300m左右；覆蓋距離最長的是中國電信CDMA800系統(tǒng)，覆蓋距離為1000m左右。各系統(tǒng)由于頻段不同，在漏纜中傳輸損耗也不同，因此造成覆蓋距離長短不同，出現(xiàn)高頻功率受限但低頻功率富余的情況。為了解決這一問題，在隧道無線覆蓋中可采用方案：在隧道中增加高頻POI，對DCS1800、3G、4G等高頻信號進行放大，而CDMA800、GSM900等低頻信號進行透傳。具體如圖2所示：

根據(jù)上述分析，在隧道內(nèi)對各個系統(tǒng)進行有源放大時存在兩種情況：一是對全部系統(tǒng)進行放大；二是只對高頻系統(tǒng)進行放大、低頻系統(tǒng)透傳。

2.2 鏈路預(yù)算

公式如下：

漏纜覆蓋距離=（注入功率-（要求覆蓋邊緣場強+漏纜耦合損耗+車體和人體損耗+衰減余量+寬度因子+POI插損））/漏纜百米損耗

區(qū)間有源設(shè)備覆蓋距離詳見表1所示。

按照LTE系統(tǒng)切換完成所需時間最長0.5s考慮，地鐵列車最高時速為80km/h，則所需場強重疊區(qū)為：s=v×t=（80000/3600）×0.5≈11m。

由上述計算可知，低頻系統(tǒng)切換帶長度為266m，高頻系統(tǒng)切換帶長度為66m；為了保證切換質(zhì)量，筆者對上述結(jié)果做了一定預(yù)留，最終確定本工程隧道覆蓋低頻系統(tǒng)切換帶長度為300m，高頻系統(tǒng)切換帶長度為100m。

2.4 隧道分段無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案

所謂隧道分段無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案，是指以地鐵站點分段，將部分POI安裝在地鐵站廳層商用通信機房內(nèi)，用7/8饋線將信號引至站臺層漏纜合路點，覆蓋站臺及站臺附近兩側(cè)隧道；其余POI放置在隧道內(nèi)，根據(jù)隧道長度、三家運營商不同制式通信系統(tǒng)覆蓋距離，合理布置全頻、高頻POI位置，將切換帶放置在高速區(qū)域，且不能將切換帶落在站臺上。隧道分段覆蓋方案示意圖如圖3所示。

2.5 隧道連續(xù)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案

所謂隧道連續(xù)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案，是指將地鐵隧道看作一個整體，POI全部安裝在地鐵隧道內(nèi)，根據(jù)隧道長度、站臺長度、三家運營商不同制式通信系統(tǒng)覆蓋距離，合理布置全頻、高頻POI位置，將切換帶放置在高速區(qū)域，且不能將切換帶落在站臺上。隧道連續(xù)覆蓋方案示意圖如圖4所示。

3 地鐵隧道無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋案例

3.1 站點概況

天津地鐵6號線一期共26個車站，包括1個地上站和25個地下站，覆蓋隧道長度為55.24km（雙向）。

3.2 設(shè)計方案

針對天津地鐵6號線區(qū)間隧道及站臺實際長度，分別給出分段覆蓋方案和連續(xù)覆蓋方案，具體工作量如下：

（1）分段覆蓋方案：新增POI 152套，包括全頻POI 66套和高頻POI 86套，7/8饋線5000m，漏纜116 950m；

（2）連續(xù)覆蓋方案：新增POI 120套，包括全頻POI 84套和高頻POI 36套，漏纜116 950m。

天津地鐵6號線隧道連續(xù)覆蓋方案示意圖如圖5所示。

4.3 工程造價對比

針對隧道無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，方案1共使用152套POI設(shè)備，方案2共使用120套POI設(shè)備；全頻POI設(shè)備數(shù)量有所增加，節(jié)省了高頻POI設(shè)備。

（1）方案1總投資2 215 994元，其中需要安裝的設(shè)備費為2 103 065元，建筑安裝工程費為112 929元；

（2）方案2總投資1 681 571元，其中需要安裝的設(shè)備費為1 630 679元，建筑安裝工程費為50 892元；

（3）差額為534 424元。

根據(jù)以上投資對比，可以看出：

（1）方案2比方案1節(jié)省了POI設(shè)備，從而節(jié)省了部分設(shè)備投資；

（2）由于方案1的POI設(shè)備安裝于機房，額外增加了一部分POI至站臺合路點之間7/8線纜投資；

（3）方案2節(jié)省了POI和7/8線纜的施工費。

5 結(jié)論

本文通過對地鐵隧道無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋進行深入研究，剖析了影響地鐵隧道無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋指標(biāo)的重要技術(shù)節(jié)點。根據(jù)天津地鐵6號線一期工程這一實際案例，分別給出2種地鐵隧道無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案并比較各自的優(yōu)缺點，得出結(jié)論如下：

與分段無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案相比，采用連續(xù)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案覆蓋地鐵隧道在保證覆蓋效果不變的前提下，節(jié)省了整體工程投資，降低了施工難度并加快了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度。在各運營商競爭激烈、壓榨建網(wǎng)成本的今天，隧道連續(xù)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案以其優(yōu)秀的覆蓋質(zhì)量、較省的整體投資，為探索地鐵隧道無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋指出了新的道路。

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