地鐵站廳臺5G公網(wǎng)覆蓋方案

（中國鐵塔股份有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

隨著2019 年6 月6 日工信部向中國移動、中國電信、中國聯(lián)通、中國廣電發(fā)放5G 商用牌照，中國正式邁入5G商用元年，大規(guī)模的5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已在全國各重點城市如火如荼地開展，運營商首批建設(shè)5G 覆蓋區(qū)域主要集中在了重要性高和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求大的數(shù)據(jù)熱點及口碑場景。與此同時，隨著我國城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷完善，截至2020 年底，中國內(nèi)地累計有45 個城市開通城市軌道交通運營線路7 978.19 km，其中地鐵線路達到6 302.79 km[1]。預(yù)計到2023 年，全國地鐵的規(guī)劃里程將達到現(xiàn)有里程的1.4 倍。地鐵每日都承載了數(shù)以億計人們的交通出行，隨之帶來了人流量大、高數(shù)據(jù)流量業(yè)務(wù)頻發(fā)的業(yè)務(wù)特點，其業(yè)務(wù)特征和需求與運營商5G 高價值場景高度契合，成為了各家運營商優(yōu)先保障部署5G 網(wǎng)絡(luò)的熱點區(qū)域。

然而在開展地鐵場景5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時，特別是對大量現(xiàn)存地鐵線路進行5G 改造時，卻面臨以下諸多難點：

（1）從器件支持情況來看，現(xiàn)有無源器件對于5G頻段支持性差。主要體現(xiàn)在：

1）2016 年之前的功分器、耦合器、室分天線等無源器件基本最高支持頻段都在2 500 MHz 以內(nèi)，不支持三家運營商的5G 頻段；即使是2016 年以后的上述器件，最高支持頻段也只達到2 700 MHz，僅能滿足中國移動2.6 GHz 5G 頻段，無法支持中國電信、中國聯(lián)通的3.5 GHz 5G 頻段。

2）前期部署的POI 等合路設(shè)備均不支持中國移動2.6 GHz 頻段的160 MHz 全頻段，也不支持中國電信、中國聯(lián)通的3.5 GHz 5G 頻段，無法實現(xiàn)5G 系統(tǒng)直接合路饋入現(xiàn)有分布系統(tǒng)。

（2）從實施來看，由于現(xiàn)有分布系統(tǒng)對于5G 支持性較差，造成改造實施工程量大，現(xiàn)場協(xié)調(diào)難度高。同時，運營的地鐵線路施工窗口期短，且均為夜間和凌晨實施，故實施方案應(yīng)充分考慮可實施性。

針對上述問題，本文針對地鐵站廳臺5G 部署方案進行了研究和探索，并在鄭州地鐵5 號線進行了試點驗證，最終提給出了相關(guān)5G 部署方案建議。

1 地鐵場景5G產(chǎn)品開發(fā)

1.1 新型合路器及無源器件產(chǎn)品

針對早期多系統(tǒng)合路器（POI）、無源器件、天線等對5G 頻段支持較差的問題，從2019 年年底，鐵塔公司及三家運營商已推動產(chǎn)業(yè)鏈推出支持800—3 700 MHz的功分器、耦合器、3D 電橋、全向吸頂天線、定向壁掛天線、對數(shù)周期天線，新的多系統(tǒng)合路器也增加了1 個2 515—2 675 MHz 中國移動NR 2.6 G 全頻段端口、2 個3 300—3 700 MHz 電聯(lián)（中國電信和中國聯(lián)通，簡稱電聯(lián)，下同）NR 3.5 G 全頻段端口、1 個1 920—1 980/2 110—2 170 MHz 電聯(lián)2.1 G 全頻段端口和1 個1 735—1 785/1 830—1 880 MHz 電聯(lián)1.8 G 全頻段端口，可以滿足現(xiàn)階段和未來5G 頻段的演進。針對5G 系統(tǒng)獨立天饋部署，以及利舊現(xiàn)有室分系統(tǒng)升級等場景，也開發(fā)了支持中國移動2.6 GHz 和電聯(lián)3.5 GHz 5G 頻段進行單獨合路的的5G POI、支持中國移動2.6 GHz 5G 頻段直接利用現(xiàn)有分布系統(tǒng)升級的2.6 GHz 擴展型POI。這些產(chǎn)品的推出使得室分系統(tǒng)無源器件全面支持了5G 新建、改造的各種場景。

1.2 新型饋線連接器

在地鐵場景中，由于話務(wù)量高度集中，造成分布系統(tǒng)共享接入系統(tǒng)多，且負載高、功率大，這帶來了極大的系統(tǒng)間互調(diào)干擾風險，特別是地鐵的持續(xù)震動環(huán)境，更是對系統(tǒng)的互調(diào)抑制指標（包括動態(tài)）造成了極大的挑戰(zhàn)。在實際工程實施中，饋線連接器往往是分布系統(tǒng)互調(diào)干擾抑制能力的瓶頸所在，它主要受限于連接器本身的產(chǎn)品質(zhì)量。如圖1 所示，針對該問題，中國鐵塔聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈頭部企業(yè)共同開發(fā)了新型增強型連接器，通過改變連接器結(jié)構(gòu)，并使用專業(yè)的自動或手動工具，將其壓接于饋線之上，使連接器與饋線的固定更加穩(wěn)固耐用。與普通連接器相比，增強型連接器可提升單根饋線的三階互調(diào)抑制度指標，從而提升整個無源分布系統(tǒng)互調(diào)指標，最大程度地降低多系統(tǒng)接入無源分布系統(tǒng)后的互調(diào)干擾。

圖1 新型增強型連接器

兩端使用了增強型連接器的饋線，在靜態(tài)互調(diào)測試中性能接近普通安裝式連接器，但在晃動條件下（或有規(guī)律的敲擊）的互調(diào)測試中，其性能遠遠優(yōu)于普通連接器，實驗室測試對比數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 增強型連接器互調(diào)性能指標對比

從普通連接器互調(diào)對比測試數(shù)據(jù)可以看出，增強型連接器可以大幅度提升系統(tǒng)互調(diào)指標，因此，建議在震動頻繁的地鐵場景下全面應(yīng)用增強型連接器，從而提升系統(tǒng)互調(diào)指標穩(wěn)定性，將環(huán)境對分布系統(tǒng)的震動影響降至較低水平。

1.3 地鐵E站

目前很多城市的軌道公司對于地鐵站廳臺的整體美觀性要求極高，不允許天花板有較多的天線外露，或者是考慮消防的要求，不允許有源設(shè)備放置在消防噴淋頭的上側(cè)，這就給有源皮站的應(yīng)用帶來了困難。如圖2 所示，基于此，河南鐵塔聯(lián)合華為公司共同開發(fā)了“地鐵E站”綜合機柜，柜內(nèi)上部可放置微站遠端設(shè)備（pRRU 或Book RRU），下柜內(nèi)部放置RHUB，上下柜連接處可放置移動充電寶，可供后續(xù)開展移動充電寶業(yè)務(wù)，外表面提供廣告燈箱，可以進行平面廣告投放，造型美觀，環(huán)境融合，能夠通過在站廳臺兩側(cè)放置兩個E 站，就可實現(xiàn)該層的全覆蓋。

圖2 地鐵E站功能示意圖

地鐵E 站主要設(shè)計指標如表2 所示。

表2 地鐵E站主要設(shè)計指標

地鐵E 站實物效果圖如圖3 所示。

圖3 地鐵E站實物效果圖

2 新建地鐵5G建設(shè)方案

2.1 站廳臺公共區(qū)域建設(shè)方案建議

（1）方案一：有源皮站+E 站方案，如圖4 所示。

方案描述：采用有源皮站對站廳區(qū)、站臺區(qū)進行覆蓋，PRRU 采用“W”型交叉放置方式，其中站臺區(qū)間距設(shè)置為25～30 m，站廳空曠區(qū)可為30～40 m。在站廳臺公共區(qū)兩端各放置一個E 站，提供PRRU 不支持頻段（由于體積、重量限制，目前主流5G 皮站設(shè)備僅能支持運營商最多3 大頻段組合）系統(tǒng)覆蓋，以進一步提升網(wǎng)絡(luò)承載能力，并可支持廣告、充電寶等新業(yè)務(wù)。

適用場景：軌道公司同意皮站安裝，同時運營商強調(diào)容量承載能力，對整體成本控制要求不高。

（2）方案二：無源分布系統(tǒng)+E 站方案，如圖5 所示。

方案描述：采用雙纜無源分布系統(tǒng)對站廳臺進行覆蓋，天線點位采用“W”型交叉放置方式（MIMO 間距1.3 m 左右），站臺點位間距設(shè)置為15～20 m、站廳空曠區(qū)點位間距可為20～25 m（建議饋線接頭全部采用新型增強連接器）；在站廳臺公共區(qū)兩端各放置一個E 站，提供補充容量，并可拓展廣告、充電寶等新業(yè)務(wù)。

適用場景：軌道公司不同意皮站安裝或運營商考慮相關(guān)站點容量有限，期望節(jié)約成本。

（3）E 站方案實施效果驗證

鄭州地鐵5 號線在2019 年4 月對站廳臺部署皮站進行了實施效果驗證，具體如下。

圖4 站臺有源皮站+E站方案示意圖

驗證方案：如圖6 所示，地鐵站廳臺區(qū)域（福塔東站）兩側(cè)各增加1 個E 站（E 站間距120 m），內(nèi)部分別安裝了移動和聯(lián)通的皮站設(shè)備。

測試結(jié)果如表3、圖7 所示。

表3 站臺區(qū)CQT測試結(jié)果

結(jié)論：通過測試結(jié)果顯示，在站廳臺兩側(cè)部署E 站基本可以滿足電聯(lián)5G 網(wǎng)絡(luò)的覆蓋和網(wǎng)絡(luò)指標要求。

◆中國聯(lián)通3.5 GHz 4T4R 皮站，近點下載速率877 Mbit/s，上傳速率112.9 Mbit/s；遠點（阻擋最嚴重、位置最遠處）下載速率650 Mbit/s，上傳速率79 Mbit/s；

◆中國移動2.6 GHz 2T2R 皮站，近點下載速率820 Mbit/s，上傳速率90 Mbit/s；遠點（阻擋最嚴重、位置最遠處）下載速率480 Mbit/s，上傳速率50 Mbit/s。

2.2 站廳辦公/設(shè)備區(qū)域建設(shè)方案建議

地鐵站廳的設(shè)備機房區(qū)，一般只允許內(nèi)部工作人員和設(shè)備維護人員進入，人流量相對較小、容量需求低，同時該區(qū)域的房間隔斷也較多，考慮到建設(shè)成本及運營商后期的運營成本，建議該區(qū)域采用傳統(tǒng)無源分布系統(tǒng)進行覆蓋。具體方案如下：

（1）采用“饋線+天線”的傳統(tǒng)無源分布系統(tǒng)，采用無源器件需支持800—3 700 MHz，天線間距一般設(shè)置為12～15 m（MIMO 間距1.3 m 左右），天線點位優(yōu)先放置在人員較多的辦公室門口。

圖5 站臺無源室分+E站方案示意圖

圖6 站臺E站方案示意圖

圖7 站臺遍歷測試結(jié)果

（2）采用“廣角漏纜”方案，在走廊中進行廣角漏纜布放，末端接尾巴天線補充覆蓋，施工時漏纜不得放入金屬橋架或者套管布放，下端不能有金屬物阻擋。

3 存量地鐵場景5G升級改造方案

3.1 有源分布系統(tǒng)改造方案建議

改造方案：如圖8 所示，原點位替換為支持5G 的PRRU，通過“地鐵E 站”補充PRRU 不支持頻段的系統(tǒng)覆蓋。如前期PRRU 采用五類線，需要重新布放六類線或光電復(fù)合纜（優(yōu)先，供電距離更長，可達200 m）。

圖8 有源分布系統(tǒng)改造方案

方案優(yōu)點：原點位替換對站廳臺破壞較小，對站廳臺的美觀性影響較??；改造工程量適中，能夠快速實現(xiàn)5G 改造。

3.2 無源分布系統(tǒng)改造方案建議

（1）方案一：在原分布系統(tǒng)上疊加5G 有源設(shè)備

改造方案：如圖9 所示，不改變原有原分布系統(tǒng)，直接疊加5G PRRU，其中站臺區(qū)間距設(shè)置為25～30 m，站廳空曠區(qū)可為30～40 m。新增布放六類線或光電復(fù)合纜（優(yōu)先）。

圖9 原分布系統(tǒng)上疊加5G有源設(shè)備改造方案

方案優(yōu)點：改造工程量適中；不影響原系統(tǒng)運行。

方案缺點：對站廳臺沒關(guān)系影響較大，協(xié)調(diào)較難。

（2）方案二：替換POI+新增E 站設(shè)備

改造方案：如圖10 所示，將原有分布系統(tǒng)中的POI 替換成支持中國移動2.6 GHz 全頻段、中國電信和中國聯(lián)通2.1/1.8 GHz 全頻段的POI 設(shè)備，實現(xiàn)中國移動2.6 GHz 5G 頻段覆蓋和電聯(lián)2.1/1.8 GHz 頻段5G 翻頻覆蓋；在站廳臺新增E 站設(shè)備，為電聯(lián)提供3.5 GHz 5G 頻段微站或PRRU 的安裝位置，實現(xiàn)站廳臺3.5 GHz 5G 頻段快速覆蓋。

圖10 替換原分布系統(tǒng)POI并新增E站設(shè)備改造方案

方案優(yōu)點：改造工程量小，可以快速實現(xiàn)5G 覆蓋；E 站不影響整體車站美化，同時可通過廣告業(yè)務(wù)與軌道公司置換E 站安裝空間，協(xié)調(diào)難度小。

試點改造效果：如圖11、表4 所示，2019 年5 月，在鄭州地鐵5 號線進行了利舊原分布系統(tǒng)的5G 改造，改造后中國移動2.6 GHz 5G 頻段，采用5G 手機終端下載峰值達到800 Mbit/s 以上，效果優(yōu)良、運營商滿意。

圖11 替換原分布系統(tǒng)POI并新增E站設(shè)備改造方案現(xiàn)場測試圖

表4 站廳臺無源分布系統(tǒng)改造試點驗證結(jié)果 Mbit.s-1

注：測試采用雙纜覆蓋；測試軟件為Speedtest；測試終端為華為MATE 20X

4 結(jié)束語

本文主要分析并提出了地鐵場景的5G 新建和改造方案，并對一些方案的應(yīng)用進行了試點驗證，希望能對地鐵5G 建設(shè)提供一定的借鑒。隨著對于5G 網(wǎng)絡(luò)性能和指標要求認識的不斷深入，以及主設(shè)備和相關(guān)器件、線纜性能的不斷優(yōu)化，后續(xù)還將持續(xù)對相關(guān)方案進行不斷的優(yōu)化和總結(jié)。