存量地鐵場景5G覆蓋方案應(yīng)用及優(yōu)化

摘? 要：地鐵場景從4G時代以來一直就是流量承載力強(qiáng)的典型場景，且存量線路體量大、協(xié)調(diào)難、系統(tǒng)復(fù)雜。為了在存量場景中快速實(shí)現(xiàn)地鐵5G覆蓋，同時保證用戶感知和業(yè)務(wù)體驗(yàn)，文章重點(diǎn)研究了不同話務(wù)線路的5G覆蓋應(yīng)用方案，并提出一套站軌間的優(yōu)化策略，已在南京全線路推廣。相較于傳統(tǒng)方案，該方案在工程施工、網(wǎng)絡(luò)能力、切換性能等方面均有明顯提升，可為后續(xù)地鐵5G優(yōu)化提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：存量地鐵場景；5G覆蓋；站軌優(yōu)化；用戶感知

中圖分類號：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）01-0064-04

Application and Optimization of 5G Coverage Scheme in Existing Subway Scene

HUA Shuang

（Nanjing Branch of China Telecommunications Limited， Nanjing? 210008， China）

Abstract： The subway scene has always been a typical scene with strong traffic carrying capacity since the 4G era， and the existing lines are large， difficult to coordinate， and the system is complex. In order to quickly realize the 5G coverage of the subway in the existing subway scene， while ensuring user perception and business experience， this paper focuses on the research of 5G coverage application schemes for different traffic lines， and proposes a set of optimization strategies between stations and tracks， which have been promoted throughout Nanjing. Compared with the traditional scheme， this scheme has significantly improved in engineering construction， network capacity， switching performance and other aspects， which can provide reference for the subsequent 5G optimization of subway.

Keywords： existing subway scene; 5G coverage; station track optimization; user perception

0? 引? 言

南京存量線路流量及負(fù)荷逐年激增，尤其在高話務(wù)線路擴(kuò)容手段已全部用完，4G網(wǎng)絡(luò)難以疏忙，同時，南京存量線路體量巨大，屬于三家合路系統(tǒng)，在該環(huán)境下新增5G系統(tǒng)面臨多重阻礙，另外，由于競爭對手天然頻段優(yōu)勢，5G覆蓋進(jìn)度極快，如何在如此體量復(fù)雜的地鐵環(huán)境下，快速推進(jìn)5G覆蓋方案落地以及同時保持4G用戶感知不下降已成為地鐵存量場景首要解決的關(guān)鍵難題。

在此背景下，南京電信聚焦存量地鐵線路的話務(wù)情況，差異化進(jìn)行5G方案制定，對于站臺，結(jié)合無線傳播模型和模測，進(jìn)行5G覆蓋方案的模型設(shè)計，針對高話務(wù)線路，創(chuàng)新通過L型卡具實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)有托架上完成四纜布放，對于中低話務(wù)線路，通過POI改造合路并結(jié)合貼壁天線互補(bǔ)方式快速部署，同時，針對站軌間銜接區(qū)域，提出一套精細(xì)異頻切換優(yōu)化策略，進(jìn)一步提升用戶的使用感知，充分挖掘5G網(wǎng)絡(luò)的能力優(yōu)勢，本文成果已在南京地鐵所有線路應(yīng)用及推廣。

1? 存量地鐵場景新建5G覆蓋方案

1.1? 站臺站廳新建有源室分

由于存量地鐵站臺站廳場景4G一般采用傳統(tǒng)雙路DAS分布系統(tǒng)覆蓋，5G為了進(jìn)一步提升用戶感知和系統(tǒng)容量，建議站臺站廳直接新疊加有源室分系統(tǒng)進(jìn)行覆蓋。站廳站臺室內(nèi)5G鏈路損耗一般采用NLOS（非視距）模型進(jìn)行計算，具體參數(shù)如表1所示。

邊緣場強(qiáng)=天線口功率-內(nèi)置天線增益-通道增益-鏈路損耗。

有源Lampsite設(shè)備通道功率為250 mw，RS功率-11.17 dBm，內(nèi)置天線增益3 dBi，雙通道增益6 dB，站臺玻璃門+車廂按25 dB損耗，要保證車廂內(nèi)站臺小區(qū)邊緣場強(qiáng)滿足-105 dBm，經(jīng)過室內(nèi)鏈路損耗及覆蓋距離計算，明裝場景下點(diǎn)位布放間距為14 m，具體計算參數(shù)如表2所示。

站廳區(qū)域，為保證小區(qū)邊緣場強(qiáng)滿足-105 dBm，經(jīng)過室內(nèi)鏈路損耗及覆蓋距離計算，明裝場景下布放點(diǎn)位間距為30 m，具體計算參數(shù)如表3所示。

1.2? 軌行區(qū)創(chuàng)新新增四纜覆蓋

存量地鐵場景軌行區(qū)域4G一般由兩路13/8漏纜進(jìn)行覆蓋（截止頻率最高不超過3 GHz，無法有效5G覆蓋），故針對高話務(wù)重要地鐵線路，建議通過新增4條5/4漏纜實(shí)現(xiàn)5G的4流MIMO覆蓋，并開通3.4G～3.5G頻段小區(qū)。

由于地鐵安全性的要求，不允許新增打孔加卡扣，故本次設(shè)計均布放在原有托架上，安裝位置盡量將輻射方向?qū)?zhǔn)車窗區(qū)域，使信號從車窗射入，達(dá)到最佳覆蓋效果。出于系統(tǒng)干擾的考慮，要求漏纜之間必須有一定的空間隔離度，即兩條相鄰漏纜間距不小于30 cm。本方案創(chuàng)新提出使用L型新型漏纜卡具支架，利用現(xiàn)有5層托架上施工4纜，使用1、3、5層托架，新增漏纜主要通過L型卡具固定于托架側(cè)耳，并通過一些延展，最上層托架1同時安裝上挑、下掛2個卡具，四根纜布放高度距軌平面掛高分別為1.67 m、2.00 m、2.30 m、2.60 m，保證纜間距達(dá)到30 cm，且均勻布放在車窗高度范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)新增漏纜高度最優(yōu)化布放，同時利用新型支架安裝可不額外增加打孔卡扣等，大幅降低了施工單位工程安裝的復(fù)雜性，提高施工效率，并取得5G多流MIMO覆蓋效果，具體方案及效果見圖1。

1.3? 應(yīng)用及效果

目前該四纜新建方案已在南京1/2號線兩條最高話務(wù)線路進(jìn)行全線部署，平均下載速率可達(dá)到700 Mbps左右，且開通后5G流量吸收顯著，兩條線的5G分流已接近40%，具體指標(biāo)如表4所示。

2? 存量地鐵場景快速部署5G覆蓋方案

2.1? 利舊現(xiàn)有漏纜，快速合路3.5G信源覆蓋

目前在一些中低話務(wù)的地鐵線路中，新建5/4漏纜協(xié)調(diào)難度和投資成本均過大，為了快速和以最優(yōu)性價比解決5G覆蓋，利舊現(xiàn)有的13/8漏纜，合路3.5G NR信源，實(shí)現(xiàn)5G快速部署，劣勢由于漏纜截止頻率最高不超過3 GHz，對于部分距離較長的開斷覆蓋效果和性能指標(biāo)會有明顯下降。

具體方案是在軌行區(qū)原有開斷處新增RRU設(shè)備，每個開斷處新增一臺設(shè)備，替換原有POI，安裝位置不變。

2.1.1? 設(shè)備安裝

RRU安裝位置定位打2個孔，安裝膨脹螺絲；通過膨脹螺絲固定安裝扣件，將RRU安裝在主扣件上，如圖2所示。

2.1.2? POI替換

在原有POI位置上替換一套支持5G NR輸入端口的POI設(shè)備。

2.1.3? 設(shè)備取電

新增的5G-RRU通過開斷處的原有交流配電箱新增空開取電，需核實(shí)原有配電容量是否滿足新增設(shè)備使用。

2.1.4? 走線方式

新增設(shè)備上的饋線及電源線通過金屬騎馬卡固定在隧道墻壁上，部分至POI及配電箱處，現(xiàn)場效果如圖3所示。

2.2? 利用貼壁特性天線進(jìn)行覆蓋空洞補(bǔ)盲

當(dāng)前部署在地鐵軌行區(qū)的NR3.5G 8TR設(shè)備前四個端口（A、B、C、D）按圖4左邊接法分別通過兩個POI（每個POI有兩個支持3.5G頻段端口）接入兩條存量漏纜，但僅有A、B兩個端口配置數(shù)據(jù)，C、D兩端口雖接入漏纜但實(shí)際并未配置數(shù)據(jù)（為后期異頻擴(kuò)容預(yù)留），配合存量漏纜形成2T2R方案。

為了彌補(bǔ)合路方案中大開斷區(qū)間遠(yuǎn)點(diǎn)覆蓋不足的問題，本方案創(chuàng)新利用RRU設(shè)備的空余端口，如圖4右邊所示，將RRU的后四個端口（E、F、G、H）通過二功分器分別接入左右兩端的貼壁天線的四個射頻輸入端口，接入貼壁天線的4個端口配置E、F端口數(shù)據(jù)，與接入漏纜的A、B端口為同一個邏輯小區(qū)，形成4T4R方案（另外剩余4個端口擴(kuò)容預(yù)留，后期可配置3.5G異頻小區(qū)）?，F(xiàn)場貼壁天線實(shí)際安裝效果如圖5所示。

2.3? 評估與效果

該快速部署5G方案已在南京8條存量線路上全線應(yīng)用，通過POI改造合路加貼壁特性天線增補(bǔ)相結(jié)合的方式，有效互補(bǔ)，弱覆蓋區(qū)間明顯減少，改造前后整體線路綜合覆蓋率提升約1%～3%，平均RSRP提升約3.5 dBm，平均下行速率提升約127 Mbps，高階RANK比例提升約62.35%，整體覆蓋提升顯著。

3? 異頻組網(wǎng)策略助力地鐵用戶感知再提升

3.1? 站臺軌行區(qū)間精細(xì)異頻策略優(yōu)化

基于大量測試數(shù)據(jù)，分析了影響地鐵5G覆蓋和感知的關(guān)鍵指標(biāo)，并以提升高階RANK比例和降低小區(qū)間干擾為抓手，需要提升站臺區(qū)間占用有源室分Lampsite的比例，同時，需要對站臺區(qū)間傳統(tǒng)室分和有源室分Lampsite信號進(jìn)行協(xié)同，減少同頻小區(qū)間互相干擾，以達(dá)到性能和體驗(yàn)的提升。

本次創(chuàng)新通過合理的頻率規(guī)劃與策略設(shè)置，在傳統(tǒng)軌行區(qū)無源小區(qū)與站臺有源小區(qū)間使用A2+A5的異頻切換策略，通過精細(xì)控制起測門限及判決門限并經(jīng)過驗(yàn)證調(diào)整，完成全線站臺與軌行區(qū)間有源和無源系統(tǒng)間NR異頻創(chuàng)新組網(wǎng)部署，切換性能有效提升，通過創(chuàng)新異頻改造后，線路整體速率提升顯著，為后續(xù)地鐵高流量窗口場景優(yōu)化提供了充分實(shí)踐。具體策略原理如圖6所示。

從大量測試結(jié)果來看，軌行區(qū)小區(qū)RSRP在-80到-70 dBm左右波動，為保證盡量優(yōu)先占用有源信號，將軌行區(qū)小區(qū)的基于覆蓋的異頻A2 RSRP觸發(fā)門限及基于覆蓋的異頻A5 RSRP觸發(fā)門限1設(shè)定為-70，鄰區(qū)站臺有源小區(qū)的信號在-75到-95左右，先將基于覆蓋的異頻A5 RSRP觸發(fā)門限2設(shè)定為-87，以保證站臺開門占用有源信號，為防占用有源信號后過早切換回軌行區(qū)小區(qū)，將其基于覆蓋的異頻A5 RSRP觸發(fā)門限1、基于覆蓋的異頻A5 RSRP觸發(fā)門限2分別設(shè)定為-89、-90，確保多占用站臺有源小區(qū)，同時為了防止與軌行區(qū)小區(qū)回切，也通過特定鄰區(qū)對之間的小區(qū)偏置進(jìn)行精細(xì)控制，具體參數(shù)配置值如表5所示。

3.2? 應(yīng)用與效果

目前該策略已在南京10條存量地鐵站軌區(qū)間中全線部署，每條線路根據(jù)實(shí)際情況對策略參數(shù)精細(xì)調(diào)整后，整體性能指標(biāo)保持穩(wěn)定，占用有源室分小區(qū)比例提升約15%，高階RANK比例平均提升7%左右，下行速率提升約50 Mbps，提升幅度約8.6%，5G整體分流比提升約1.2%，用戶整體感知提升明顯。

4? 結(jié)? 論

本文成果已在南京地鐵10條存量線路進(jìn)行全面部署和應(yīng)用，針對存量線路不同話務(wù)情況針對性進(jìn)行方案部署，同時，也與傳統(tǒng)組網(wǎng)方案相比，通過創(chuàng)新改進(jìn)，使工程施工復(fù)雜性、網(wǎng)絡(luò)有效容量及多流能力、有源無源小區(qū)間切換性能等均有了明顯改善，線路整體速率和用戶感知提升顯著，也為地鐵高流量窗口場景優(yōu)化提供了充分的應(yīng)用實(shí)踐。南京電信也將持續(xù)發(fā)揚(yáng)技術(shù)優(yōu)勢，為5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 邢國際，王孝周，李偉鑫.地鐵5G無線網(wǎng)覆蓋方案研究與案例分析 [J].通信與信息技術(shù)，2022（4）：51-55.

[2] 劉小波.5G網(wǎng)絡(luò)地鐵場景覆蓋方案研究 [J].長江信息通信，2022，35（6）：171-173.

[3] 李晨裔.地鐵場景5G建設(shè)分析研究 [J].通信與信息技術(shù)，2022（3）：66-70.

[4] 查晏，查昊.存量地鐵場景5G快速覆蓋應(yīng)用及優(yōu)化 [J].電信快報，2022（5）：20-23.

[5] 何明，彭禱，梁師銘.低成本地鐵隧道5G覆蓋方案研究 [J].郵電設(shè)計技術(shù)，2022（2）：71-76.

[6] 王麗.5G無線信號在城市地鐵覆蓋方案的探究 [J].電信快報，2022（1）：28-34.

作者簡介：華爽（1988.11—），男，漢族，江蘇蘇州人，碩士，研究方向：4G/5G無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。

收稿日期：2022-08-05