福州地鐵5 號(hào)線電聯(lián)共建共享5G&4G通信系統(tǒng)信號(hào)覆蓋方案

［盧沛然］

1 引言

地鐵作為城市交通的重要品牌場景，對網(wǎng)絡(luò)覆蓋和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求較高，尤其是地鐵高峰期人流量極大。如何在人流密集、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、業(yè)務(wù)量高、高速運(yùn)行的地鐵內(nèi)提供高品質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，成為相關(guān)運(yùn)營商建設(shè)單位及設(shè)備廠家的重大挑戰(zhàn)。

福州地鐵5 號(hào)線起點(diǎn)為荊溪新城站，終點(diǎn)為福州南站，主線線路長27.16 km，設(shè)車站20 座。本期建設(shè)荊溪新城站至螺洲古鎮(zhèn)站共17 個(gè)站，長度共計(jì)20.4 km。早期地鐵建設(shè)方案，電信和聯(lián)通兩家會(huì)各自建設(shè)數(shù)字化室分系統(tǒng)、無源主設(shè)備接入地鐵的分布天饋及漏纜系統(tǒng)，由于POI 合路器質(zhì)量性能偏差會(huì)引起LTE1.8 鄰頻系統(tǒng)干擾，三階互調(diào)干擾、駐波比高等問題，兩家運(yùn)營商同時(shí)建設(shè)主設(shè)備還會(huì)造成無線資源和建設(shè)投資的浪費(fèi)。本次工程電信、聯(lián)通雙方采用共建共享的建設(shè)方式進(jìn)行覆蓋，由電信負(fù)責(zé)地鐵五號(hào)線5G&4G 設(shè)備建設(shè)，后期同步共享聯(lián)通。在地鐵場景采用電聯(lián)共建共享建設(shè)方案覆蓋5G&4G 信號(hào)對運(yùn)營商來說有著極其重要的意義。

2 覆蓋難點(diǎn)

2.1 站臺(tái)站廳層

站廳為進(jìn)出站區(qū)域：用戶處于移動(dòng)狀態(tài)，業(yè)務(wù)以語音為主，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)相對集中在掃碼閘機(jī)區(qū)域；站臺(tái)等待區(qū)：用戶位置相對固定，用戶業(yè)務(wù)以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（視頻、瀏覽網(wǎng)頁、手機(jī)游戲、音樂等）為主；機(jī)房辦公區(qū)域：隔斷以辦公隔斷為主，包含各類專業(yè)機(jī)房，用戶人群相對固定，主要為地鐵工作人員為主，業(yè)務(wù)需求相對較小。

站臺(tái)站廳層可采用傳統(tǒng)DAS 系統(tǒng)或數(shù)字化室分。雖然目前傳統(tǒng)DAS 系統(tǒng)的器件及天線能滿足電信聯(lián)通3.5G頻段，但由于3.5G-DAS 系統(tǒng)應(yīng)用于地鐵場景的難點(diǎn)在于DAS 信源位置相對固定以致布放饋線距離偏長，導(dǎo)致鏈路損耗增大，天線口末梢功率低，DAS 系統(tǒng)容量低及速率低，后期無法擴(kuò)容。站臺(tái)站廳層采用數(shù)字化室分進(jìn)行覆蓋具有以下明顯優(yōu)勢：架構(gòu)簡單，部署快速，網(wǎng)絡(luò)容量大并且支持小區(qū)合并、分裂，軟件靈活擴(kuò)容，滿足室內(nèi)大話務(wù)量需求，所有網(wǎng)元端到端監(jiān)控[1]，并入設(shè)備網(wǎng)管統(tǒng)一管控。綜上所述，福州地鐵5 號(hào)線的站臺(tái)站廳采用數(shù)字化室分進(jìn)行覆蓋。

2.2 隧道區(qū)間

3 建設(shè)方案

3.1 站臺(tái)站廳方案

數(shù)字化室分進(jìn)行建設(shè)，采用多模外置PRRU釋放3.5G+電信LTE1.8+聯(lián)通LTE1.8 信號(hào)，預(yù)留NR2.1 信號(hào)。外置型PRRU 外接天線有4 個(gè)端口，A1+/A1-兩個(gè)端口釋放3.5/LTE1.8 信號(hào)，A2+/A2-兩個(gè)端口釋放3.5/LTE2.1 信號(hào)。PRRU 連接采用分開部署方式，A1+/A2+兩端口接1 副雙極化天線；A1-/A2-兩端口接另1 副雙極化天線[3]。連接方式應(yīng)準(zhǔn)確配置保障每個(gè)通道連接的天線均有LTE1.8G，3.5G-NR 信號(hào)及預(yù)留NR2.1 信號(hào),其中LTE1.8 和NR2.1為1T1R，3.5G-NR 為2T2R。PRRU 端口連接示意如圖1所示。

圖1 外置型PRRU 端口連接示意圖

站廳站臺(tái)室內(nèi) 5G 鏈路損耗一般采用 NLOS(非視距)模型進(jìn)行[4]，鏈路損耗PL=（32.4+20*LOG(f)+31.9*LOG(d))+陰影衰落LNFmarg+介質(zhì)損耗BPL，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。數(shù)字化室分通道功率為 4*500 mW，RSRP 功率-8.16 dBm，外接天線增益3 dBi，雙通道增益6 dB，站臺(tái)站廳按車廂20 dB 損耗測算，要保證車廂內(nèi)站臺(tái)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(jì)算，明裝場景下PRRU 外接天線的間距最大值為30 m，具體計(jì)算參數(shù)及過程如表1所示。

表1 外置型PRRU 覆蓋范圍計(jì)算依據(jù)表

隧道為密閉式空間，無線信號(hào)穿透地鐵車廂損耗較大；隧道內(nèi)行駛的地鐵車廂內(nèi)用戶位置相對車廂固定，業(yè)務(wù)主要以數(shù)據(jù)為主，業(yè)務(wù)需求量大。為了保證無線通信場強(qiáng)覆蓋的范圍和質(zhì)量，隧道采用泄漏電纜進(jìn)行覆蓋即（RRU+POI+泄漏電纜組網(wǎng)方式）。根據(jù)泄漏電纜指標(biāo)特性、各類損耗對無線系統(tǒng)的影響及鏈路預(yù)算的要求[2]，同時(shí)滿足三大運(yùn)營商所有頻段制式需求，選用低損耗的5/4 泄漏電纜進(jìn)行建設(shè)。

3.2 隧道區(qū)間方案

早期地鐵2 條漏纜的建設(shè)模式無法實(shí)現(xiàn)4T4R 的5G 多流，本次地鐵隧道內(nèi)采用新建四條5/4”泄漏電纜（700～3 700 MHz 全頻段），3 家運(yùn)營商共享，連續(xù)覆蓋，不貫穿站臺(tái)區(qū)域。漏纜為鐵塔公司建設(shè)配套，在軌道區(qū)間內(nèi)掛高（距軌面）為2 100、2 400、2 720 及3 040 mm，漏纜墻面間距至少300 mm。隧道區(qū)域3.5G 頻段單邊漏纜傳輸距離最近為270 m，考慮該系統(tǒng)在地鐵列車時(shí)速80 km/h 的切換距離為45 m，故隧道區(qū)間漏纜雙邊傳輸距離為495 m，建議實(shí)際工程中按照不超過450 m 設(shè)置開斷點(diǎn)[5]。

4 條漏纜覆蓋規(guī)劃成兩套系統(tǒng)（各雙通道）；移動(dòng)2.6G、電聯(lián)3.5G 接入兩套系統(tǒng)1/2/3/4 層漏纜。移動(dòng)3G&4G 接入一套系統(tǒng)，1/3 層漏纜；電聯(lián)4G 接入另一套系統(tǒng)，2/4層漏纜。3 家運(yùn)營商4G 各系統(tǒng)饋入相同的漏纜相互之間會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的三階互調(diào)干擾，通過饋入至不同的漏纜能降低三階互調(diào)干擾，提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量[6]。主設(shè)備連接漏纜方式如表2 和圖2 所示。

表2 運(yùn)營商主設(shè)備連接漏纜規(guī)劃表

圖2 運(yùn)營商主設(shè)備連接漏纜示意圖

4G 采用NR2.1+LTE1.8 新型雙頻主設(shè)備，雙頻RRU開通三頻模式NR2.1+電信LTE1.8+聯(lián)通LTE1.8 信號(hào)，電信共享4G 獨(dú)立載波給聯(lián)通。雙頻設(shè)備配置4 個(gè)TX/RX 射頻端口，兩個(gè)端口釋放NR2.1 信號(hào)，兩個(gè)端口釋放LTE1.8 信號(hào)（包含電信20 M+聯(lián)通20 M），4 個(gè)端口根據(jù)頻段接入POI 合路器上相對應(yīng)的端口即電聯(lián)NR2.1G 端口和電聯(lián)1.8G 端口。5G 采用兩臺(tái)3.5G-RRU 雙拼并聯(lián)為4TR 設(shè)備，接入4 路POI 至4 根漏纜形成4TR-MIMO 組網(wǎng)模式，4TR 漏纜模式提升5G 系統(tǒng)容量及用戶高速率感知明顯，滿足后期3.5G-200M 信號(hào)演進(jìn)能力擴(kuò)容配置。電信3.5G 和NR2.1&1.8 雙頻主設(shè)備連接POI 至漏纜示意圖如圖3 所示。

圖3 電信主設(shè)備RRU 至POI 漏纜連接原理圖

4 實(shí)施效果及分析

福州地鐵五號(hào)線合計(jì)新增429 臺(tái)多模PRRU，200 臺(tái)3.5G-RRU，100 臺(tái)NR2.1&1.8-RRU，64 個(gè)BBU 設(shè)備。電聯(lián)共建地鐵室分開通后，隧道及站臺(tái)站廳5G&4G 信號(hào)覆蓋整體良好。站臺(tái)站廳采用新型數(shù)字室分，5G 下載速率平均值880 Mbit/s 左右；地鐵隧道場景采用四纜覆蓋，5G 下載速率平均值680 Mbit/s 左右，測試結(jié)果如表4 所示。

表4 福州地鐵五號(hào)線NR-3.5G 測試效果

本次地鐵建設(shè)電聯(lián)雙方基于共建共享互惠互利，降本增效的原則，優(yōu)點(diǎn)如下。

（1）通過共建共享節(jié)省設(shè)備數(shù)量及建設(shè)投資，共建后雙方運(yùn)營商主設(shè)備投資減少40%左右，具體主設(shè)備投資對比分析如表5 所示。

表5 電聯(lián)共建共享和單獨(dú)建設(shè)地鐵造價(jià)分析對比表

（2）施工工期短，單家建設(shè)施工容易、快速便捷，提升了站點(diǎn)開通效率。

（3）設(shè)備數(shù)量減少，相應(yīng)的電源配套、機(jī)房資源、光纜傳輸配套投資也大幅下降。

（4）電源能耗減低，綠色低碳建設(shè)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，減少資源浪費(fèi)。

（5）維護(hù)成本降低，共建共享后設(shè)備數(shù)量減少，設(shè)備維護(hù)節(jié)點(diǎn)減少，對于設(shè)備故障搶修及維護(hù)的壓力減輕。

5 推廣價(jià)值

本文因地制宜采用新技術(shù)、新產(chǎn)品設(shè)備解決了地鐵5G&4G 信號(hào)建設(shè)的難題，加快了工程進(jìn)度，順利完成網(wǎng)絡(luò)建設(shè)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)早投產(chǎn)、早受益。通過5G&4G雙模設(shè)備產(chǎn)品的實(shí)踐，充分利用電聯(lián)雙方共建共享的建設(shè)指導(dǎo)原則，有效節(jié)約了社會(huì)資源效益、大幅降低了建網(wǎng)成本及維護(hù)成本。電聯(lián)雙方深化了在地鐵場景建設(shè)上的密切合作，為后續(xù)在載波共享和高流量地鐵場景共享建設(shè)的推進(jìn)打下了良好的合作基礎(chǔ)，提升網(wǎng)絡(luò)效益。該共享方案以資源挖潛為宗旨、采用相對成熟技術(shù)、低成本投入的建站模式，降低了建站難度保證了通信服務(wù)質(zhì)量和用戶體驗(yàn)，為今后地鐵電聯(lián)共建共享建設(shè)提供設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為地鐵通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)一步發(fā)展貢獻(xiàn)力量！