存量地鐵隧道5G 覆蓋探析*

李 宗，劉海龍

（廣州杰賽科技股份有限公司，廣東 廣州 510310）

0 引言

截至2020 年底，重慶已開通運行8 條地鐵線路，里程超400 km。除2020 年新開通線路同步開通4G/5G 網絡外，其余線路均無5G 網絡覆蓋。重慶地鐵5G 覆蓋布局采取點、線、面逐步推進覆蓋方案，即2020 年完成點層面站廳站臺覆蓋，2021 年完成線層面軌行區(qū)覆蓋，最終形成地鐵網絡的全面覆蓋[1]。其中，站廳站臺使用數(shù)字化室分覆蓋，軌行區(qū)使用射頻拉遠單元（Radio Remote Unit，RRU）+分布系統(tǒng)（或者天線）方式覆蓋。需要注意，軌行區(qū)原有漏纜只支持800～2 700 MHz 頻段，不支持 3.5 GHz 頻段。

當前地鐵隧道主要有3 種覆蓋方式，且各有優(yōu)劣。第1 種方案新增或者替換漏纜，覆蓋好，信號穩(wěn)定，但協(xié)調難度大，施工周期需要1 年以上，且投資花費高；第2 種方案新增3.5 GHz RRU+貼壁天線方案，協(xié)調簡單，施工進度快，投資少，但方案未經驗證，不能確定最佳斷點距離、隧道有彎道時覆蓋是否達標和安全等；第3 種2.1 GHz NR 2/4TR 信源合路現(xiàn)有漏纜方案協(xié)調簡單、投資少、協(xié)調進度快，但因為2.1 GHz 頻段窄、速率低，電聯(lián)聯(lián)合頻段共有45 MHz，與友商差距大，完全不具有可比性[2]。本文將通過對比3 種方案輸出地鐵隧道覆蓋方案應用研究，以更好地指導存量地鐵改造5G 建設工作。

1 方案介紹

1.1 方案1：新建2 路5/4”漏纜方案

方案以2020 年新開通線路6 號線支線二期為試點，主要介紹方案及覆蓋效果。它使用 3.5 GHz NR 2TR+POI+2 根5/4”漏纜覆蓋，獨立組網（Standalone，SA）。該線路隧道總長3 km 左右，共使用16 臺RRU。

1.1.1 RRU 設備選型

本次地鐵試驗段采用華為2×100 W 2T2R RRU5262 設備，相關參數(shù)如表1 所示[3]。

表1 RRU 設備的相關參數(shù)

1.1.2 POI 設備選型

POI 是漏纜分布系統(tǒng)的重要器件，對多家共建共享的整體性能和效果有重要影響，另外考慮了電聯(lián)4G 共建共享及后期開通2.1 GHz NR 網絡等[4]。POI 器件3 階互調抑制為無源互調（Passive Intermodulation，PIM），應不大 于-155 dBc＠+43 dBm×2。

1.1.3 泄露電纜選型

本期采用支持5G（800～3 600 MHz）的5/4英寸泄漏電纜。

1.1.4 斷點設置

根據(jù)各系統(tǒng)的發(fā)射功率、器件性能、覆蓋指標要求[5]，對照新型5/4 泄漏電纜的性能指標，通過鏈路預算確定各接入系統(tǒng)設備的漏纜覆蓋距離，核算結果如表2 所示?？紤]到5/4 泄漏電纜應用少，目前無可借鑒的數(shù)據(jù)和方案，從確保覆蓋達標的穩(wěn)妥性和功率控制減小功率的角度考慮，軌行區(qū)的漏纜開斷點距離按400 m 左右考慮，具體斷點如圖1所示。

圖1 隧道設備安裝斷點設置

表2 各接入系統(tǒng)設備的漏纜覆蓋距離

1.2 方案2：新建3.5 GHz RRU+貼壁天線方案

本方案以6 號線（茶園-邱家灣）段為試點，全長1.3 km，使用3.5 GHz NR 8TR +貼壁天線覆蓋，SA組網。方案共使用2臺RRU，4面4端口貼壁天線。

1.2.1 RRU 設備選型

本次地鐵試驗段采用華為8×30 W 2T2R RRU5828 設備，具體參數(shù)如表3 所示。

表3 主設備參數(shù)

1.2.2 貼壁天線設備選型

本次地鐵試驗段貼壁天線的具體參數(shù)如表4所示[6]。

表4 天線設備參數(shù)

1.2.3 斷點設置

6 號線茶園至邱家灣區(qū)間，總長度1.3 km，共計2 個斷點，斷點間距700 m，斷點位置如圖2 所示。

圖2 斷點位置

新增RRU 設備每個帶兩面4 端口天線，天線安裝在原有雙路漏纜之間，安裝系統(tǒng)如圖3和圖4所示。

圖3 設備安裝現(xiàn)場

圖4 設備安裝系統(tǒng)

1.3 方案3：新增2.1 GHz NR 2/4TR 信源合路現(xiàn)有漏纜

本方案以6 號線（茶園-邱家灣）段為試點，全長1.3 km，使用2.1 GHz NR 4TR+電橋+原有13/8 漏纜覆蓋，SA 組網。方案共4 臺RRU 使用電橋，在POI 后端合路原13/8 漏纜。

1.3.1 RRU 設備選型

本次地鐵試驗段采用華為4×80 W 4T4R RRU5916 設備，具體參數(shù)如表5 所示。

表5 主設備參數(shù)

1.3.2 斷點設置

6 號線茶園至邱家灣區(qū)間，總長度1.3 km，共計4 個斷點，R1與R2斷點間距700 m，另有兩個斷點在茶園站臺和邱家灣站臺，斷點位置如圖5 所示。

圖5 漏纜斷點設置

1.4 3 種方案覆蓋方式對比

綜合比較3 種方案，它們的設備形態(tài)和覆蓋方式各不相同，詳細對比如表6 所示。

表6 不同方案覆蓋方式對比

2 試點方案測試及分析

2.1 測試結果

經現(xiàn)場測試，從覆蓋性能方面分析，方案1是最佳方案，參考信號接收功率（Reference Signal Receiving Power，RSRP）均值和下載速率均值均為最佳，覆蓋電平值比較平穩(wěn)，下載速率較高；方案2 略差，因方案使用天線且斷點距離過長，在兩個斷點中間位置出現(xiàn)電平值不達標的情況；方案3 電平值全部達標，但是因為方案帶寬受限，下載速率太低，無法體現(xiàn)5G 高下載速率的優(yōu)勢。具體測試結果如表7 所示。

表7 不同方案測試結果指標表

2.1.1 RSRP 與下行速率情況

（1）方案1：3.5 GHz 2TR+5/4 漏纜方案

RSRP 最強-66.55 dBm（斷點位置），最弱 -96.3 dBm（兩斷點之間），平均值-80.15 dBm；下行速率峰值1 018.87 Mb/s（斷點位置），最小值359.23 Mb/s（兩斷點之間），平均值667.64 Mb/s。

（2）方案2：3.5 GHz 8TR+貼壁天線

RSRP 最強-62.5 dBm（斷點位置），最弱 -112.22 dBm（兩斷點之間），平均值-88.26 dBm；下行速率峰值726.19 Mb/s（斷點位置），最小值146.06 Mb/s（兩斷點之間），平均值515.17 Mb/s，如圖6 所示。

圖6 新增定向天線方案測試結果

（3）方案3：2.1 GHz 4TR+13/8 漏纜

RSRP 最強-78.6 dBm（斷點位置），最弱 -104.13 dBm（兩斷點之間），平均值-89.16 dBm；下行速率峰值194.33 Mb/s（斷點位置），最小值51.01 Mb/s（兩斷點之間），平均值147.99 Mb/s，如圖7 所示。

2.1.2 性能測試對比

（1）RSRP和SINR對比

不同方案的RSRP和信號與干擾加噪聲比（Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR）各不相同，分別如圖8 和圖9 所示。

圖8 不同方案SINR 對比結果

圖9 不同方案RSRP 對比結果

3 種方案RSRP均值都在標準范圍內。以RSRP為評價標準，方案1 最優(yōu)。3 種方案的SINR均值都在標準范圍內。以SINR為評價標準，方案2 最優(yōu)。綜合評價RSRP和SINR指標，3種方案中方案3最差。

（2）下載速率對比

不同方案的下載速率各不相同，如圖10 所示。

圖10 不同方案下載速率對比結果

3 種方案下載速率對比發(fā)現(xiàn)：方案1 和方案2速率較高，可以體現(xiàn)5G 高下載速率優(yōu)勢；方案3下載速率低，與4G 相比優(yōu)勢不大，未能體現(xiàn)明顯優(yōu)勢。

2.1.3 測試結果分析

覆蓋性能方面，3 種方案的RSRP均值和SINR均值均較好，適合地鐵軌行區(qū)5G 改造方案。

感知性能方面，方案1 和方案2 下載速率在500 Mb/s 以上，方案3 在150 Mb/s 左右。方案3 僅優(yōu)于驗收標準，與友商 2 600 MHz 頻段下載速率差距較大，不建議應用于地鐵軌行區(qū)。

歸納上述中央和國務院近年內連續(xù)出臺的關于水問題的各項改革舉措，可以說是歷史上空前的，客觀上講這也是歷史的必然抉擇，是國家最高決策層不失時機、實事求是地抓住了水資源這個束縛經濟社會發(fā)展的核心瓶頸問題。因此，充分認識到水權明晰、界定與交易的重要性和所面臨的問題十分重要。

2.2 地鐵隧道5G 覆蓋方案選擇

重慶現(xiàn)網已開通8 條地鐵線路，軌行區(qū)180 km。8 條線路軌行區(qū)原覆蓋方案，如表8 所示。

表8 重慶8 條線路原覆蓋方案

在覆蓋達標的情況下，軌行區(qū)5G 升級改造方案主要考慮了協(xié)調情況、建設成本、運維成本、隧道施工條件以及施工周期等方面[7]。

本文選取6 號線（曹家灣-蔡家）段為樣板，模擬3 種方案建設，從多個方面對比3 種方案。

6 號線（曹家灣-蔡家）總長度4 054 m，經過曹家灣和蔡家兩個站臺。原4G 網絡共有18 個斷點（雙洞），斷點距離在600 m 左右。

2.2.1 3 種方案覆蓋性能對比

3 種方案信號覆蓋性能各不相同，具體性能對比如表9 所示。

表9 3 種方案信號覆蓋性能

方案2 試點的斷點距離為700 m。在綜合考慮鏈路預算、測試時乘客多寡以及測試人員位置等多方面因素后[8]，將方案2 斷點距離設置 為600 m。

2.2.2 設備數(shù)量及斷點數(shù)量對比

3 種方案所使用的設備數(shù)量和斷點數(shù)量各不相同，具體如表10 所示。

表10 備數(shù)量及斷點數(shù)量對比

從3 種方案來看，方案1 不僅設備數(shù)量多，而且需新增斷點。

2.2.3 投資估算對比

3 種方案的投資對比如表11 所示，數(shù)據(jù)為每千米的造價。

表11 不同技術方案配套投資對比表（單位：萬元）

從3 種方案的投資對比來看，方案1 的造價極高，是另外兩種方案的1 倍以上。

2.2.4 協(xié)調及施工周期對比

通過前期與軌道集團的接觸溝通，對3 種方案的施工協(xié)調難度進行初步判斷。施工周期按照軌道公司對已開通運行線路的管理，每周有2～3 個作業(yè)令，每個作業(yè)令時長4.0～4.5 h。3 種方案預計的施工周期如表12 所示。

表12 不同方案施工周期對比表

3 結語

通過對比3 種方案的綜合覆蓋效果、用戶感知及投資建設難度，建議重慶存量地鐵隧道選擇方案2 進行5G 改造，主要有以下優(yōu)點：

（1）覆蓋效果較好，下載速率在500 Mb/s 以上，可以較好體現(xiàn)5G 高速率優(yōu)勢；

（2）投資小，相對漏纜方案可節(jié)約大量投資；

（3）無需更換POI，無需更換或新增漏纜，施工周期短，協(xié)調方便，對原有系統(tǒng)干擾影響最小。

此外，在隧道有較大彎度的地點，需要新增設備及天線，以達到最佳的覆蓋效果。