地铁民用通信分布系统 Metro civil communication distribution system

魏意

（福建省邮电规划设计院有限公司，福建省福州市 650003）

摘要 本文针对地铁民用通信中新建地铁的4G分布系统建设工程、新建地铁的5G分布系统建设工程、存量地铁4G升级5G改造工程中的重点难点，分别从无源器件、POI（多系统接入平台）、泄漏电缆（下文简称漏缆）等诸多方面进行分析，提出了新建地铁民用通信4G/5G覆盖和存量地铁4G升级5G的分布系统改造方案。

关键词 地铁；5G；POI（多系统接入平台）；5/4"漏缆；13/8"漏缆

引言

随着新基建及5G战略全面推进实施，各运营商积极开展5G网络规模部署。地铁作为5G网络部署的一个特定场景，其方案的可实施性、经济性越来越受关注。地铁覆盖需要关注站厅、站台、隧道等多种场景，每种场景覆盖方式繁多且各有利弊。同时，地铁也存在现网2G/3G/4G已经覆盖或者完全无通信覆盖的情况，特别是在现网已经有通信覆盖的情形下，由于现有无源器件和传统漏缆不支持700MHz和3.5 GHz频段，导致地铁场景5G升级改造困难较大。

本文从存量地铁4G覆盖现状、新建5G系统、存量地铁4G升级5G改造存在问题出发，针对问题提出相应的解决方案，并对方案的优劣势进行对比分析。同时通过实际案例讲解存量地铁4G升级5G，使读者对地铁分布系统有更深入的理解。

1. 地铁民用通信分布系统简介

地铁民用通信分布系统区别于地铁的内部使用的监控和信号传递的通信专网，主要为民用提供2G/3G/4G/5G等语音及数据服务。地铁主要是指城市地下轨道交通的场景，包括城市轻轨的地下部分。地铁是当前大型城市的首选公共交通工具，环境非常复杂，人流量非常密集。

（1）地铁一般包含站厅、站台、地下区间隧道等区域。

（2）地铁站厅连接地面及站台层，一般一个站会有多个出入口连接地面，站厅层为购票区域；站台层为旅客候车区，一般有侧式站台（分为单线轨道和双线轨道式）和岛式站台两类。地铁覆盖如图1所示：

图1 地铁覆盖示意图

0. 地铁4G通信分布系统

2. 1. 地铁4G通信分布系统频段

以昆明某地铁2G/3G/4G(以下简称4G)通信分布系统为例，移动、联通、电信三家运营商共计接入8个系统，频率范围为825-2500MHz，具体如表1地铁覆盖频段及场强要求：

表1 地铁覆盖频段及场强要求

1. 2. 系统组成

站厅站台通过多系统合路器POI+全向（定向）吸顶天线的天馈系统进行建设；区间隧道通过多系统合路器POI+泄露电缆的方式进行建设。分布系统的组成如图2所示：

图2 分布系统组成

1. 3. 站厅站台层建设方案

站厅层、站台层分布系统需要覆盖站厅、站台、出入口及主要的车站管理用房；站厅层、站台层采用双路由分布式天馈系统，每隔15米左右设置1组吸顶天线，间距1.5米，单点天线平均覆盖面积约为300平方米。站厅站台层天线布放如图3所示：

图3站厅站台层天线布放图

1. 4. 隧道区间建设方案

隧道采用2条13/8"泄漏电缆进行覆盖实现MIMO功能，漏缆安装高度为1.6m和2.0m的隧道墙壁上；隧道与站台交接区域因广告牌遮挡，布放位置高度为1.2m及3.2m，采用地铁卡具固定。专网漏缆安装在3.6m，民用通信漏缆与专网漏缆间距＞500mm，相互之间不会产生干扰 。运营商的RRU通过POI将信号接入到2条13/8"泄漏,如图4所示

图4 隧道设备及漏缆布放图

1. 新建地铁5G覆盖方案

3. 1. 频段及覆盖需求

2020年后建设的地铁系统，均需要考虑2G/3G/4G/5G（以下简称5G）的信号覆盖，移动、联通、电信三家运营商共计接入14个系统。其中移动5G采用2.6G频段，电信联通采用3.5G频段，对于部分存量地铁升级5G，电信和联通还会采用2.1G频段，频段及需求详见表2：

表2 5G时代地铁覆盖频段及场强要求

1. 2. 分布系统组网方案

含5G的地铁项目应采用2根全频段的5/4"漏缆进行建设，漏缆间距满足4λ（350mm）以上即可。考虑到高频低损耗漏缆（1700-3600MHz，不含700M、800M、900M频段）相对全频段的5/4"漏缆在3.3G-3.6GHz有10-15dB的优势，当电信企业在地铁隧道中不采用700M、800M和900M系统时，推荐使用高频低损耗漏缆。根据实验数据，高频低损耗漏缆可以支持600米间距，基本与现有2/3/4G的设备间距相当。建设地铁房补系统时，建设方应统筹电信企业的系统接入需求，结合实际情况，与电信企业协商采取合适的共享方案。

（1）方案1

移动、联通、电信2G/3G/4G/5G全部共享2根5/4"漏缆。

图5 新建地铁5G分布系统建设方案1

优点：三家电信企业2/3/4/5G全部共享，实现共享最大化，经济效益好。

缺点：断点受限于5G高频，断点距离较短一般不超过500-550米。

（2）方案2

移动2G/4G/5G采用13/8"漏缆，联通电信2G/3G/4G/5G共享5/4"漏缆。

图6 新建地铁5G分布系统建设方案2

优点：移动可发挥2.6G频段优势使用2根13/8"漏缆覆盖，覆盖距离长。

缺点：分布系统需要建设4根漏缆，建设成本高。移动独享2根13/8"漏缆，不享受共享折扣，租金较高；且传输和电源配套与联通电信可能不共点位，成本增加。电信联通共享2根5/4"漏缆，租金比方案一要高。

2. 存量地铁5G升级改造存在问题及解决方案

3. 1. 5G升级改造难点

工信部频段划分的5G频段，广电和移动700M频段上下行共计60MHz，电信联通2.1G频段上下行共计110MHz，移动为2.6 GHz 160MHz、电信和联通各获得3.5 GHz的 100 MHz共计200MHz。新的频段对于存量地铁场景现有室内分布系统来说，存在以下难点：

（1）分布系统无源器件只支持2.1 GHz和2.6 GHz频段的5G，不支持700MHz和3.5 GHz频段的5G。分布系统无源器件支持频率范围见表3。

表3 分布系统无源器件支持频率范围

（2）存量POI（多系统接入平台）只支持移动2.6 GHz 60 MHz（2575~2635 MHz），既不支持移动2.6 GHz 160 MHz全频段，也不支持电信、联通3.5 GHz。

（3）5G隧道区间覆盖采用4T4R天线时，经过实测发现在列车距离天线较近时，RSRP、SINR、边缘速率指标较好，随着距离加大，信号衰减较快，指标下降较为严重，在列车尾部区域信号覆盖无法得到满足。因此5G隧道区间覆盖只能采用漏缆覆盖方式。

（4）存量13/8"漏缆最大截止频率为2.7~2.8 GHz，无法支持电信、联通的3.5 GHz频段。

（5）存量地铁已投入运营并验收完毕，轨道运行期间严禁进入，因此已运营地铁站点白天无法入场施工，只能在凌晨进入站点，且需快速完成施工，不能影响到次日的列车运行，施工时间短、难度大。

1. 2. 5G无源器件、天线及POI

针对存量地铁5G升级改造中存在的问题，从设备选型、方案效果等多维度提出相应的解决思路。

（1）无源器件、天线等要求

移动5G可直接馈入原有4G室内分布系统，解决覆盖问题；电信、联通站厅、站台引入5G微站、皮站或者广角漏缆部署，解决覆盖问题，目前已有支持3.5GHz宽频无源器件和天线。

（2）POI解决方案

只有移动一家的场景，利旧现有分布系统（隧道13/8"漏缆和站厅台DAS）及POI设备；新增“5G POI升级模块”，此模块支持两个2515~2675 MHz端口输入，能够同时支持移动D频段4G和5G输入，5G POI升级模块连接如图7所示。也可以将原有9频POI直接替换为12频POI ，接入2515~2675 MHz的5G。

图7 5G POI升级模块连接组网图

1. 3. 漏缆解决方案

（1）方案一：

原有三家电信企业2G / 3G / 4G共享13/8"漏缆不做任何改造，电信联通利用2.1GHz频段开通5G、移动利用2.6GHz频段开通5G系统。工程中只需将原有9频段POI更换为12频POI即可。解决方案如图9所示。

图9 隧道区间分布系统4G升级5G方案一

原有的9频POI需要更换为12频POI，POI频段对比如表4所示。

表4 9频POI与12频POI对比表

项目优点：

利旧现有分布系统（隧道13/8"漏缆和站厅台DAS），更换 POI后将新增的5G信号馈入原有13/8"漏缆，建设成本低、工程量小、施工难度低，便于快速交付工程。

项目缺点：

电信联通只能采用2.1G的频段开通5G，不能采用3.5G的频段开通5G，带宽窄，用户多时网速较慢，感知度稍差。

（2）方案二：

原有三家电信企业2G/3G/4G共享13/8"漏缆不做任何改造，本次新增5/4"漏缆承载三家的5G系统。漏缆解决方案如图10所示。

图10 隧道区间分布系统4G升级5G方案二

项目优点：

三家运营商的存量2/3/4G系统均不涉及改造，可正常运行，对原有资产有纠纷的情况可以良好解决。本次新增2根5/4"漏缆为三运营商5G系统服务，电信联通3.5GHz频段可以良好接入，5G的高速优势可以良好体现。

项目优缺点：

项目没有利用原有资源，造成资源浪费，项目投资高，租费高。

（3）方案三：

适用于存量移动独享（单缆）、联电共享13/8漏缆（单缆）的方案，原有三家电信企业2G/3G/4G共享13/8"漏缆不做改造，新建项目通过更换POI将移动2.6GHz的5G接入原有移动13/8"漏缆，新增1根5/4"漏缆承载电信联通3.5GHz的5G系统。漏缆解决方案如图11所示。

图11 隧道区间分布系统4G升级5G方案三

项目优点：

电信联通3.5GHz和2.1GHz频段可以良好接入。移动只需改造POI，因此移动的租费低。

项目缺点：

电信联通占用的漏缆数量多，租费高。虽然能接入3.5GHz和2.1GHz频段，但5G在单缆的情况下，5G性能优势仍不能发挥最大的优势。

（4）方案四：

适用于存量移动独享（单缆）、联电共享13/8漏缆（单缆）的方案，原有三家电信企业2G/3G/4G共享13/8"漏缆不做改造，新建项目通过改造POI将2.6GHz的移动5G接入原有2根13/8漏缆，新增2根5/4"漏缆承载电信联通3.5GHz的5G系统。漏缆解决方案如图12所示。

图12 隧道区间分布系统4G升级5G方案四

项目优点：

移动的所有信号都从原有单根的13/8"漏缆改为13/8"双缆，电信联通的所有信号都从原有单根的13/8"漏缆改为5/4"双缆，5G的高速性能得以体现。

项目缺点：

项目投资高，移动、电信联通占用的漏缆数量均提升了一倍，租费高。

3. 存量地铁分布系统5G升级案例

昆明某存量地铁，线路全长23.4km，其中高架线1.2km，地下线和过渡线长22.22km。共设车站20座，其中侧式站台5个、岛式站台15个，总面积296673m²。现网有移动、电信、联通的2G/3G/4G共计8个系统：移动DCS1800、移动 TD-LTE(F频段)、移动 TD-LTE(E频段)、电信CDMA（800M）、电信 FDD-LTE（2.1G）、电信 FDD-LTE（1.8G）、联通 FDD-LTE（1.8G）、联通WCDMA（2.1G）。

地铁站厅站台使用POI+传统室分天馈系统的覆盖方式，室分系统支持800MHz~2700 MHz；地铁隧道三运营共享POI+2根13/8"泄漏电缆的覆盖方式，漏缆支持800MHz~2700 MHz。

4. 1. 地铁站厅站台分布系统改造

地铁站厅站台内人员密集，对5G的容量需求大，因此改造时车站原传统室分天馈系统2G/3G/4G利旧原系统无变化，5G系统采用新增2.6G、3.5G频段的分布式皮站进行覆盖。通过远端PRRU单元对站台、站厅层及出入口通道进行覆盖。BBU等主设备全部集中安装于地铁通信机房内。

HUB分别安装于各层弱电/配电间的机架内；供电方式：BBU到HUB一侧部署电力电缆，采用机房集中远供电方式；传输方式：BBU到HUB一侧部署光缆进行信号传输；

PRRU安装于车站内吊顶下端，HUB到PRRU通过光电复合缆进行集中供电及信号传输。

图13 地铁站厅站台组网及覆盖效果图

1. 2. 地铁隧道区间分布系统改造

方案a：新增2根5/4"漏缆为电信联通3.5GHz频段的5G使用，更换原有POI后利旧原有2根13/8"漏缆承载移动使用2.6GHz的5G系统。如图10所示。

方案b：利旧原有2根13/8"漏缆，更换原有9频POI为12频POI，移动使用2.6GHz的5G系统，电信联通使用2.1GHz的5G系统，系统全部接入到原有2根13/8"漏缆。如图9所示。

方案选择：电信和联通认为采用方案a虽然5G速度快、用户体验好，但因造价较高导致租费较高，因此选择了方案b，地铁隧道区间分布系统5G改造后效果如图14所示。

图14 地铁隧道区间分布系统5G改造后效果

4. 结束语

本文针对地铁的站厅站台和隧道区间的存量4G系统、新建地铁的5G系统、存量地铁4G升级5G改造存在的问题进行梳理，给出相应的解决方案。同时本文对各种解决方案的优劣势进行对比，结果显示新建隧道采用2根5/4"漏缆全频段接入在覆盖效果、经济上均较有优势。存量站新增5/4"漏缆为3.5GHz 5G系统，使用上覆盖效果较好但经济行较差；替换原有POI,移动采用2.6G频段、电信联通采用2.1GHz 5G系统方案，工期短、造价低、适用性强，有较高的推广价值。

参考文献

1、中国铁塔股份有限公司. 无源分布系统多系统接入平台（POI）技术要求：Q/ZTT 3001-2019[S]. 2019.

2. 中国铁塔股份有限公司.无源分布系统总体技术要求：Q/ZTT 10031-2014[S].2014.

3、700MHz 5G基站建设方案.岑祺.《现代电信科技》CN 11-2755/TN 2021.6

作者简介：

魏意（1989—），工程师，长期从事移动通信设计、基站电源配套工程设计、高铁地铁等设计工作。