地鐵5G 傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案探討*

朱 波

（中訊郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司上海分公司，上海 200050）

0 引 言

當(dāng)前，5G 技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，而地鐵中的5G覆蓋呈現(xiàn)很多特點(diǎn)。由于運(yùn)營(yíng)商自建光纜難度很大，租用地鐵公司光纜租金較高，因此有必要探討適用地鐵場(chǎng)景特點(diǎn)的傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案。

1 地鐵5G 無(wú)線覆蓋方案

地鐵線路高架和地面部分可由宏站覆蓋，地下部分需要建設(shè)室分覆蓋。目前，5G 室分的主流是有源室分系統(tǒng)，以華為L(zhǎng)ampsite、中興Qcell、愛(ài)立信Dot 為代表，設(shè)備默認(rèn)都支持2T2R，可軟件控制升級(jí)至4T4R。地下部分一般可分為站臺(tái)、站廳和隧道3 種區(qū)域。以華為產(chǎn)品為例，3 種區(qū)域的典型覆蓋方案如下。

站臺(tái)。5G 信號(hào)要求能夠穿透地鐵列車，因此采用功率較大的Easymacro 天線，見(jiàn)圖1。

圖1 Easymacro 覆蓋站臺(tái)示意

站廳。通常采用Lampsite 系統(tǒng)。Lampsite 由BBU、RHUB 和PRRU 共3 部分組成。PRRU 安裝在站廳吊頂上，重點(diǎn)覆蓋自助售票機(jī)、閘機(jī)口處等高數(shù)據(jù)需求區(qū)域，見(jiàn)圖2。

圖2 Lampsite 系統(tǒng)覆蓋站廳示意

隧道。和2G、3G、4G 類似采用泄漏電纜，但傳統(tǒng)的13/8 泄纜截止頻率為2.7 GHz，僅能承載移動(dòng)2.6 GHz 頻段，不能承載電信和聯(lián)通的3.5 GHz 頻段，因此聯(lián)通和電信采用5/4 泄纜，覆蓋距離比2G、3G、4G短，如圖3所示。計(jì)算表明，斷點(diǎn)距離可設(shè)為300 m。為實(shí)現(xiàn)MIMO 技術(shù)，可布放2 ～3 條泄纜。泄纜高度建議位于列車車窗上沿和下沿之間，沿隧道壁水平安裝，每隔1 m 設(shè)置1 個(gè)普通卡具，每隔10 m設(shè)置1 個(gè)防火卡具。為保證MIMO 的效果，建議泄纜間距大于0.5 m[1-2]。主要無(wú)線設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表1。

每個(gè)地鐵地下站配置1 端5G BBU、3 個(gè)Easymacro、2 個(gè)RHUB 和若干個(gè)PRRU。

2 無(wú)線對(duì)傳輸需求

每個(gè)地鐵站無(wú)線對(duì)傳輸?shù)男枨笠?jiàn)表2。

圖3 泄漏電纜覆蓋隧道示意

表1 主要無(wú)線設(shè)備參數(shù)表

表2 傳輸需求表

3 現(xiàn)有傳輸資源

通信運(yùn)營(yíng)商一般租用地鐵站點(diǎn)的機(jī)房，安裝設(shè)備建設(shè)5G 傳輸網(wǎng)。各地鐵站點(diǎn)間呈線形結(jié)構(gòu)，通常有地鐵公司的1 條上行和1 條下行通信光纜。通信運(yùn)營(yíng)商租用地鐵公司的光纜，很難在地鐵隧道中自建光纜，纖芯租金較高，是地鐵5G 覆蓋傳輸網(wǎng)的顯著特點(diǎn)。傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)必須針對(duì)這個(gè)特點(diǎn)提出最優(yōu)的建設(shè)方案。

4 傳輸建設(shè)方案

假設(shè)某地鐵線路有26 個(gè)地鐵站和1 個(gè)控制中心。地鐵控制中心北側(cè)有10 個(gè)地鐵站，南側(cè)有20個(gè)地鐵站，站距為1.5 km，見(jiàn)圖4。4G 已經(jīng)覆蓋，本次只建設(shè)5G。

圖4 某地鐵線示意

總體原則是控制中心建設(shè)2 端匯聚設(shè)備上聯(lián)核心。為保證安全性，傳輸IPRAN 接入環(huán)上節(jié)點(diǎn)不超過(guò)10 個(gè)（含匯聚），環(huán)＋鏈上節(jié)點(diǎn)不超過(guò)20 個(gè)（含匯聚）。下掛的單條支鏈不超過(guò)2 級(jí)，每個(gè)環(huán)上節(jié)點(diǎn)下掛支鏈數(shù)不超過(guò)3 條。

4.1 方案1：DRAN 模式

每個(gè)地鐵站均建設(shè)1 端接入IPRAN 設(shè)備，合計(jì)26 端，租用上行光纜和下行光纜各2 芯，使IPRAN 成環(huán)，見(jiàn)圖5。為遵守環(huán)上節(jié)點(diǎn)不超過(guò)10個(gè)的總體原則，控制中心以北2 個(gè)節(jié)點(diǎn)掛需要鏈，以南組建2 個(gè)環(huán)。無(wú)線BBU 安裝在各地鐵站[3]。

圖5 方案1：IPRAN 組網(wǎng)示意

4.2 方案2：CRAN 模式

為節(jié)約IPRAN 的設(shè)備數(shù)量和投資，采用CRAN模式[4]。每3 個(gè)地鐵站建設(shè)1 端接入IPRAN 設(shè)備，合計(jì)8 端，見(jiàn)圖6。

圖6 方案2：IPRAN 組網(wǎng)示意圖（也適用方案3、方案4）

無(wú)線BBU 集中安裝在有IPRAN 的站點(diǎn)（如圖6 和圖7 中站1 和站3 的BBU 安裝在站2）。沒(méi)有IPRAN 的站點(diǎn)，BBU 和RHUB/Easymacro 之間通過(guò)光纜連接。

圖7 方案2：無(wú)IPRAN 設(shè)備站點(diǎn)無(wú)線接入示意

以典型的IPRAN 單價(jià)和纖芯單位租金測(cè)算兩個(gè)方案的傳輸投資，對(duì)比如表3 所示[4]。

可見(jiàn)，方案2 節(jié)約了IPRAN 設(shè)備的數(shù)量和投資，但需要租用更多纖芯，導(dǎo)致TCO 總成本上升更快。經(jīng)過(guò)計(jì)算得知，纖芯單位租金下降至0.011 萬(wàn)/對(duì)芯公里/月時(shí)，方案2 才有優(yōu)勢(shì)。地鐵同意這樣的價(jià)格是相當(dāng)困難的，因此有必要建設(shè)無(wú)源波分，降低租用纖芯數(shù)量。

4.3 方案3：無(wú)源波分

IPRAN 組網(wǎng)和方案2 相同。無(wú)線設(shè)備BBU 集中安裝在有IPRAN 的站點(diǎn)，沒(méi)有IPRAN 的站點(diǎn)BBU 和RHUB/Easymacro 之間建設(shè)無(wú)源波分連接，見(jiàn)圖8。

表3 方案1 和方案2 投資對(duì)比表

圖8 方案3：無(wú)IPRAN 設(shè)備站點(diǎn)無(wú)線接入示意圖

每個(gè)Easymacro 配置相應(yīng)波長(zhǎng)的彩光模塊。3個(gè)不同波長(zhǎng)的信號(hào)通過(guò)復(fù)用器合成后，使用1 芯光纖傳至BBU 側(cè)，解復(fù)用后接入相應(yīng)端口。反向類似，BBU 配置另外3 個(gè)波長(zhǎng)的彩光模塊，使用同1 芯傳傳至3 個(gè)Easymacro。25G 無(wú)源波分可使用6 個(gè)波，因此需要2 套。使用無(wú)源波分能顯著降低租用纖芯的數(shù)量。

4.4 方案四BBU 光纖直驅(qū)

IPRAN 組網(wǎng)和方案2 相同。但是，無(wú)線BBU安裝在各地鐵站，沒(méi)有IPRAN 的站點(diǎn)BBU 光纖直驅(qū)至IPRAN 設(shè)備，見(jiàn)圖9。方案3 和方案4 投資對(duì)比，如表4 所示。

圖9 方案四：無(wú)IPRAN 設(shè)備站點(diǎn)無(wú)線接入示意

可見(jiàn)，方案四需總投資最少，但BBU 和IPRAN不在同一機(jī)房，涉及傳輸和無(wú)線管理分工界面及故障定位問(wèn)題。

4.5 同時(shí)建設(shè)5G 和4G 的場(chǎng)景

假設(shè)該地鐵線為新建新路，4G 也沒(méi)有覆蓋，本次可同時(shí)建設(shè)5G 和4G。此時(shí)，每個(gè)地鐵站無(wú)線再增加1 端4G BBU。

對(duì)上述4 個(gè)方案的影響如下。

（1）方案1 ～方案4：每端IPRAN 均需要配置GE 板，單價(jià)增加0.2 萬(wàn)元。

（2）方案2：無(wú)線至相鄰站光口數(shù)量翻倍。

（3）方案3：無(wú)源波分由2 套6 波25G 改為2套6 波25G ＋6 波10G，單價(jià)增加0.2 萬(wàn)元。

（4）方案4：無(wú)線至相鄰站光口數(shù)量翻倍。

方案1 ～方案4 投資對(duì)比，如表5 所示。

表4 方案3 和方案4 投資對(duì)比

表5 方案1 ～方案4 投資對(duì)比表（建設(shè)5G 和4G）

可見(jiàn)，方案2 的TCO 總成本更高，且部分段落需要使用24 芯光纖，各地鐵站之間可能難以滿足一家運(yùn)營(yíng)商如此多的纖芯需求，不予推薦。

4.6 其 他

上文方案2 ～方案4 每3 個(gè)地鐵站建設(shè)1 端接入IPRAN 設(shè)備，類似可以每5 個(gè)地鐵站建設(shè)1 端接入IPRAN 設(shè)備。經(jīng)過(guò)分析得知，增加的光纖租金多于節(jié)省的IPRAN 設(shè)備投資。另外，無(wú)線設(shè)備廠家不同，設(shè)備形態(tài)不同，無(wú)線至相鄰站光口數(shù)量會(huì)有所不同，但分析方法類似不影響主要結(jié)論。

5 結(jié) 語(yǔ)

從投資角度考慮，方案3 和方案4 較低。從安全性角度考慮，方案1 最優(yōu)，方案3 和方案4 相對(duì)較差。必須結(jié)合無(wú)線設(shè)備特點(diǎn)、地鐵空閑纖芯數(shù)量、租金、安全性要求，選擇適合各地不同要求的方案。