舒 伟

（武汉虹信技术服务有限责任公司 湖北 武汉 430205）

0 引言

近年来城市地铁进入5G时代后，低时延、高速率、大带宽的5G网络将为乘客带来“飞一般”的网速体验，越来越多城市居民迫切要求乘坐地铁时能体验到一个高效、 稳定、安全的5G网络。地铁里早期建设的2G/3G/4G网络难以满足人们日益增长的信息通信需求，加上地铁一直以来都是运营商追逐高价值的场景，建设一套高质量高标准的民用通信地铁5G网络将面临重要考验，本文主要对地铁场景特点、所面临的挑战及多场景的5G网络覆盖建设方案进行探讨。

1 地铁场景特点

1.1 地铁场景覆盖特点

地铁场景主要由站厅、站台及隧道构成，站厅和站台为乘客购票、候车的场所，面积较大、较开阔，隧道为矩形和圆形的封闭区间，窄长型结构，供列车行驶，地铁里几乎是外部无线信号的盲区。两个相邻地铁站之间的距离一般从500 m至数千米不等，地铁为双向运营，分为上、下行运行方向，隧道内地铁运动速度相对较快，地铁最高运行速度一般在60～80 km，进站速度为30～40 km，站台附近用户移动缓慢。地铁内用户密度大，用户流动性强,虽然单用户的流量较低，但总用户数较大，故总流量较高。站厅站台场景空旷，容量密度高，站台与隧道、站台小区间由于覆盖区域和类型不同易存在干扰。地铁环境复杂、专业多，交叉作业频繁，协调难度大、协调费用高，施工质量要求高，从而造成施工效率低下，综合施工成本高[1]。

1.2 地铁场景话务特点

作为重要的城市交通工具，地铁的客流量非常大，特别是上下班高峰期，会有非常高的突发话务量，并且用户主要需求的是语音和数据业务。

1.3 地铁场景组网特点

目前运营的地铁中，绝大多数线路已经通过建设室分系统完成了2G/3G/4G无线网络的全覆盖。覆盖区域包括：站厅站台区域和轨道沿线区域。

地铁内2G/3G/4G的信号覆盖，站厅站台区域一般由Lampsite和DAS系统覆盖，隧道区域由泄漏电缆覆盖。由于地铁内部狭小，地铁分布式系统不做重复建设，基本以多运营商共建共享，多系统合路（POI）的方式进行部署。

2 地铁覆盖的挑战

2.1 高频段覆盖挑战

四大运营商承载5G网络的频段分别为：中国移动获 取2.6 GHz频 段（2 515～2 675）MHz、4.9 GHz频段（4 800～4 900）MHz，中国电信获取3.5 GHz频段（3 400～3 500）MHz，中国联通获取3.5 GHz频段（3 500～3 600） MHz，中国广电获取4.9 GHz频段（4 900～5 000）MHz和低频段700 MHz。

目前地铁车站室内无源室分系统所使用的无源器件都不支持2 700 MHz以上频段，需进行单独采购，隧道内使用的13/8漏缆仅支持频段（800～2 700）MHz接入，故只能满足移动2.6 GHz频段的网络接入，无法满足电联3.5 GHz频段网路的接入。

2.2 多系统合路挑战

地铁无线覆盖工程绝大部分都采用多运营商、多系统合路共享，因而存在一定风险（如：电信和联通LTE的1 800 MHz频段非常接近，多频合路器POI制作难度较大，需要双方协商保证频段之间大于5 MHz，才能满足合路器POI的隔离度要求），需谨慎论证并予以规避[2]。

2.3 设备功耗提升挑战

5G单站功耗是4G单站的2.5～3.5倍，设备功耗的增加是5G功耗增加的主要原因。设备功耗的大幅度提升，相应的电源配套也需进行扩容，也意味着5G网络建设投资的增加。

为了考虑5G设备用电需求，地铁民用通信系统机房用电容量需求需要增加到100～120 kW。

2.4 隧道覆盖挑战

无线信号在隧道场景中传播容易产生快衰落，地铁运行速度较快，小区间会频繁切换，加上地铁列车车体、站台两侧安全屏蔽门对无线信号产生严重的屏蔽，用户的业务体验必然急剧下降，需要考虑无线信号切换区域和衰减问题；隧道内空间狭小，漏缆布放数量受到限制，需要协调运营商将多制式系统合路部署；隧道内有大的弯曲路段，给覆盖带来较大困难，需要考虑隧道内漏缆覆盖方案及设备供电、安装等问题。

3 地铁组网总体解决方案

地铁车站通常采用多网融合共建的建设模式，通过无源室内分布双路系统覆盖，即采用“信源+POI+无源器件+室分天线”的模式。因该系统不支持3.5 GHz频段，且无法满足4×4 MIMO的5G需求，故不建议采用该模式建设5G网络。

5G网络可采用有源室分（数字化分布式皮站）的建设模式。为了保证5G高速率的传输，5G数字化分布式皮站全部采用4T4R的pRRU设备对车站进行覆盖，并且兼容3G/4G网络。该模式可实现末端监控，但设备功耗大，可靠性低于无源系统，且在网产品不支持三家运营商各系统共建共享，需要每家运营商单独部署一套系统或两家运营商共享部分系统。

考虑覆盖的均匀性，地铁隧道采用泄漏电缆覆盖的建设模式，即采用“信源+POI+泄漏电缆”的模式，并结合实际情况进行小区合并，降低干扰和切换重选频次。

3.1 车站覆盖解决方案

地铁车站一般包括站厅层和站台层，根据站厅层的结构情况，在站厅层公共区域及出入通道口使用吸顶天线交叉布放的方式进行覆盖，天线覆盖范围20～30 m[3]。

站台区域是话务需求最高的核心区域，可采用数字化分布式皮站覆盖，但应注意隧道与站台的同频干扰及列车进出站时的快速切换的问题。为了保障乘客们体验一个高效、稳定、安全的网络，站台与隧道小区之间应设计足够的信号重叠覆盖区。

站厅区域对于新建场景需同步考虑4G的容量需求，选择合适的5G数字化分布式皮站产品，考虑传输容量及拉远距离影响可合理选择光电复合缆方式。对于改造场景为了不影响4G现网容量，建议有条件的话可单独部署5G单模数字化分布式皮站系统或者5G业务需求不高时基于现有DAS系统升级改造。

出入口区域与普通的室内覆盖场景比较接近，主要是慢速移动用户。天线点位的规划设计，可以参考类似商场和写字楼场景。

3.1.1 覆盖原则

车站一般根据不同区域场景采用多元化覆盖方式（无源室分+有源室分），充分发挥设备特性。

站厅公共区及站台区域一般比较开阔，无墙体阻挡，无源室分的天线间距可设置为15 m左右，有源室分的设备或天线间距可设置为30 m左右。

站厅办公及机房区域一般房间密集，结构复杂，无源室分的天线间距设置为12 m左右，有源室分的设备或天线间距设置为25 m左右；重要的办公室、会议室、更衣室等，采用天线进房间覆盖。

站厅出入口无障碍电梯覆盖基本都设置对数周期天线进行覆盖，保证与室外信号的良好切换。

3.1.2 覆盖方案

车站5G无线覆盖建议采用有源室分（数字化分布式皮站）方式，各运营商的5G无线覆盖采用独立方式建设。该系统由位于后端的BBU设备及位于前端的rHUB+pRRU设备组成，前端的rHUB通过光电混合缆连接pRRU，连接控制距离约为200 m；通过网线（CAT6A）连接时，连接控制距离约为100 m。

5G网络需要通过大规模天线（Massive MIMO）等技术措施支撑其高速数据接入，5G数字化分布式皮站采用了大规模内置天线结构，因此5G网络室分系统暂无法通过类似于传统的POI方式合路各运营商5G信源设备。三家运营商需在5G通信服务区域各自新建1套5G网络。

结合运营商共建共享的思路，地铁站厅站台公共区为乘客换乘和滞留等待的区域，人流量大、业务量高，一般采用有源室分（数字化分布式皮站）进行覆盖承载4G/5G网络，采用无源室分进行单路承载2G/3G网络。站厅站台设备区及办公区内隔断多，设备机房多，主要为地铁内部人员工作活动场所，一般人员较固定，人流量小，业务量低，且对话务及流量负荷要求相对较低，一般采用无源室分进行双路承载2G/3G/4G/5G。

3.1.3 小区划分设置原则

考虑系统容量、人流量，一般站台站厅各划分两个小区，一共四个小区。对于人流量大的换乘站，则根据实际需求增加小区。如一个覆盖区域需要划分两个小区，站台站厅同层，则根据人流（话务量）平均划分。

站厅层小区主要覆盖站厅层公共区域，扶手电梯等；站台层小区主要覆盖站台层公共区域，端头门内区域（列车进出站切换覆盖），扶梯，步梯上下层切换覆盖等。

站厅信号覆盖小区设计由于站厅层为公共区域，人流量大，乘客停留时间短，一般划分为1～2个通信小区，切换带设置站厅中间左右切换。

站台信号覆盖小区设计由于站台层为乘客候车区，普通站台内一般乘客停留时间较长，划分为2个通信覆盖小区，切换带设置站台中间左右切换。若为换乘站或人流量巨大的车站则划分为2～4个通信小区，切换带设置站台中间左右切换。

3.2 隧道覆盖解决方案

地铁隧道的网络覆盖完全有别于车站，其环境相对封闭，空间狭窄，安装位置有限，人员密度大且车速较快。为了满足4×4 MIMO的5G需求，最多可安装4条泄漏电缆进行覆盖，泄漏电缆主要通过漏缆的辐射从列车车窗辐射至列车中，理想的挂高为离轨面2.0～3.0 m,正对列车车窗，损耗可控，用户感知较好。

5G网络在隧道内的覆盖方式与传统无线覆盖方式基本相同，即采用“5G-RRU+POI+泄漏电缆”方式。三家运营商在地下隧道内站点位置各自设置5G-RRU设备，并通过POI合路设备共享隧道内漏缆。

根据各厂家泄漏电缆指标特性、各类损耗对无线系统的影响及链路预算[4]的要求，可选用损耗略低的5/4泄漏电缆承载5G网络。

3.2.1 2根13/8漏缆 +2根5/4漏缆建设方案

（1）中 国 移 动5G共 享13/8漏 缆，中 国 移 动2G/3G/4G/5G、中国电信和中国联通的3G/4G共享（800～2 700）MHz的13/8漏缆，采用5G合路器POI+13/8漏缆双缆覆盖，电联5G共享（3 300～3 600）MHz高频优化的5/4漏缆双缆覆盖，三家运营商隧道内实现5G网络2T2R的传输。如图1所示。

图1 中国移动5G共享13/8漏缆示意图

优点：覆盖效果有保障，13/8漏缆损耗较小，设备投入相对较少。

缺点：需足够的安装空间，建设投资高；中国电信和中国联通共同投资两条5/4漏缆，分摊成本较高；三家运营商只能实现5G网络2T2R传输，对传输速率有一定的影响，用户5G业务体验较差。

（2）中国移动5G共享5/4漏缆，三家运营商的2G/3G/4G共享（800～2 700）MHz的13/8漏缆，采用4G合路器POI+13/8漏缆双缆覆盖，三家运营商的5G共享（700～3 600）MHz的5/4漏缆，采用5G合路器POI+5/4全频段漏缆双缆覆盖，三家运营商隧道内实现5G网络2T2R的传输。如图2所示。

图2 中国移动5G共享5/4漏缆示意图

优点：覆盖效果有保障，13/8漏缆损耗较小，设备投入相对较少。对比（1）方式，5/4漏缆三家运营商共建共享，分摊成本较低。

缺点：需足够的安装空间，建设投资略高；三家运营商只能实现5G网络2T2R传输，对传输速率有一定的影响，用户5G业务体验较差。

3.2.2 4根5/4漏缆建设方案

三家运营商2G/3G/4G/5G共享（700～3 600）MHz的5/4漏缆，采用全频段5G合路器POI+4根5/4全频段通信漏缆[5]方式进行覆盖，隧道内均能实现5G网络4T4R传输。为避免不同制式无线信号的干扰，考虑MIMO部署，采用上下行分布系统分开布放，5G系统采用4T4R的方式。2G/3G/4G/5G可灵活选用所承载的漏缆，可根据实际情况调配漏缆承载系统的组合方式，将网络指标最优化。如图3所示。

图3 4根5/4漏缆建设方案示意图

优点：三家运营商均能实现5G网络4T4R传输，传输速率较快，覆盖效果有保障。

缺点：需足够的安装空间，建设投资非常高；5/4漏缆对各运营商高低频段的损耗差异较大，设备覆盖区域距离较短，故设备投入相对较多；5/4漏缆承载系统较多，系统间干扰难控制。

3.2.3 2根5/4漏缆建设方案

三家运营商2G/3G/4G/5G共享（700～3 600）MHz的5/4漏缆，采用全频段5G合路器POI+2根5/4全频段通信漏缆方式进行覆盖，隧道内能实现5G网络2T2R传输。

优点：建设投资较低，有限隧道空间内快速接入5G网络，覆盖效果有保障，尤其适合无空间安装多根漏缆的隧道场景。

缺点：5/4漏缆承载系统较多，系统间干扰难控制；隧道内无法实现5G网络4T4R传输，传输速率有一定的影响，用户5G业务体验较差。

3.2.4 2根13/8漏缆+2副高增益定向天线建设方案

中国移动2G/3G/4G/5G、中国电信和中国联通3G/4G共享（800～2 700）MHz的13/8漏缆，采用5G合路器POI+13/8漏缆双缆覆盖，中国移动隧道内实现5G 网络2T2R传输；电联使用5G-RRU+ 4T4R高增益定向天线覆盖，中国电信、中国联通隧道内实现5G网络4T4R传输。如图4所示。

图4 2根5/4漏缆建设方案示意图

图5 13/8双漏缆+高增益定向天线建设方案示意图

优点：建设投资相对低；中国电信和中国联通能实现5G网络4T4R传输，传输速率快；由于 13/8漏缆损耗较小，故设备投入相对较少，施工效率高，适合无空间安装多根漏缆的隧道场景，特别是存量地铁5G改造场景。

缺点：电联5G覆盖电平波动有点大，覆盖效果难以保障；中国移动仅能实现5G网络2T2R传输，传输速率受影响。

3 结语

综上所述，为了保障用户良好的5G业务体验，对于民用通信地铁5G网络新建项目，车站区域应采用有源+无源室分的多元化覆盖方式，隧道区域应采用5/4全频段泄漏电缆四缆覆盖方式，避免后期再次改造；对于民用通信地铁5G网络改造项目，车站区域应采用重新补建一套5G有源室分的覆盖方式，隧道区域应根据场景特点、原有覆盖方式，并结合运营商的投资需求，综合考虑工程建设难易程度来选择最合适的建设方案。