摘 ?要：隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的不斷革新，人們?nèi)粘Ｉ畹谋憬莩潭纫苍诓粩嗵嵘?，同時(shí)我們的生活、城市的規(guī)劃和現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)聯(lián)也越來(lái)越緊密。5G技術(shù)作為時(shí)下的研究熱點(diǎn)，已開(kāi)始進(jìn)入人們?nèi)粘５纳钪?，隨著研究人員對(duì)于5G技術(shù)的不斷深入了解，相關(guān)應(yīng)用的不斷創(chuàng)新與普及，必將引發(fā)人們對(duì)通信需求的爆發(fā)式增長(zhǎng)。因此，文章對(duì)地鐵通信5G技術(shù)的覆蓋方案進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：5G站臺(tái);地鐵隧道;信號(hào)覆蓋

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929.5 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）15-0064-03

Abstract：With the continuous innovation of modern communication technology，the convenience of peoples daily life is also improving. At the same time，our lives，urban planning and modern communication networks are becoming more and more closely related. As a current research hotspot，5G technology has begun to enter peoples daily lives. With peoples in-depth understanding of 5G technology，the continuous popularization and innovation of applications will inevitably trigger an explosive growth in peoples demand for communications. Therefore，here is a brief discussion on the coverage plan of subway communication 5G technology.

Keywords：5G platform;subway tunnel;signal coverage

0 ?引 ?言

在國(guó)家“提速降費(fèi)”的要求下，近年來(lái)各大運(yùn)營(yíng)商開(kāi)始推出大流量套餐，甚至不限流量的套餐，從而惠及用戶(hù)，數(shù)據(jù)流量的需求也得以釋放，伴隨抖音等應(yīng)用程序的增多，通信網(wǎng)絡(luò)在人們的生活中越來(lái)越重要，4G網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越難滿(mǎn)足人們對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)更大容量、更低時(shí)延的需求。截止到2019年4月，全國(guó)超過(guò)38個(gè)城市擁有地鐵。并且許多大城市，如北京、上海、深圳等擁有十?dāng)?shù)條地鐵線(xiàn)路。地鐵又是我國(guó)主要的交通工具，乘坐地鐵的過(guò)程中人們對(duì)于通信網(wǎng)絡(luò)的需求也越來(lái)越強(qiáng)烈，用于地鐵覆蓋的4G基站均是運(yùn)營(yíng)商高流量、超高流量的站點(diǎn)，因此地鐵的5G信號(hào)覆蓋，將直接影響運(yùn)營(yíng)商在消費(fèi)者心目中的形象，意義重大。作為中國(guó)通信基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)企業(yè)中國(guó)鐵塔的一員，筆者深入了解并持續(xù)研究5G地鐵覆蓋技術(shù)，并提出方案以供參考。

1 ?地鐵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

地鐵通信的覆蓋范圍一般包括整個(gè)地鐵建筑，主要由站廳、站臺(tái)、隧道組成。這三個(gè)部分對(duì)信號(hào)的需求不同，因此提升了了通信覆蓋區(qū)域的復(fù)雜性。站廳通常在地下一層，空曠，屬于密閉空間層;站臺(tái)通常在地下二層，與隧道相接，上下班高峰期人流量密集;地鐵大部分時(shí)間均在隧道中運(yùn)行，隧道狹長(zhǎng)，當(dāng)?shù)罔F通過(guò)時(shí)，隧道內(nèi)剩余空間很小。

雖然5G信號(hào)傳輸速度快，延遲時(shí)間短，容量大，但其頻段高，波長(zhǎng)短，覆蓋范圍小，穿透能力差，因此在復(fù)雜環(huán)境的軌道交通建設(shè)中，地鐵5G信號(hào)覆蓋工作將面臨更大的挑戰(zhàn)。

2 ?地鐵通信的需求

地鐵結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此對(duì)通信的構(gòu)建需求和質(zhì)量要求高，特別是5G通信。地鐵通信需求的特點(diǎn)為：

（1）上下班時(shí)間是地鐵最繁忙的時(shí)段，班次增多，人流量暴增，因此高峰期和低谷期存在巨大的需求差異;

（2）5G信號(hào)的波長(zhǎng)短，穿透能力差，因此在隧道中傳播以及穿過(guò)地鐵車(chē)體時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的信號(hào)衰減;

（3）地鐵包括了站廳、站臺(tái)和隧道，場(chǎng)景復(fù)雜，對(duì)通信的切換能力要求較高;

（4）地鐵通信是多個(gè)運(yùn)營(yíng)商共同建造使用，空間小，運(yùn)行系統(tǒng)多，容易產(chǎn)生相互干擾;

（5）地鐵民用通信和專(zhuān)用通信要互相隔離，互不串?dāng)_，在保證專(zhuān)用通信質(zhì)量的基礎(chǔ)上構(gòu)建良好的民用通信。

3 ?地鐵5G通信建設(shè)的覆蓋方案討論

由于地鐵空間的復(fù)雜性，因此地鐵的站廳、站臺(tái)和隧道內(nèi)的信號(hào)覆蓋方式不同。站廳、站臺(tái)和傳統(tǒng)的室內(nèi)信號(hào)覆蓋的場(chǎng)景相似，需要滿(mǎn)足如下的幾個(gè)基本設(shè)計(jì)原則，部署方便、覆蓋范圍廣、容量大等。綜合考慮，通常是在空曠寬闊區(qū)域的頂層安裝，如站廳層、站臺(tái)層、辦公室等區(qū)域。而隧道內(nèi)空間狹小，列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)，不但擠占了絕大部分空間，并且產(chǎn)生的風(fēng)壓效應(yīng)也會(huì)增大5G通信建設(shè)的困難。

3.1 ?站臺(tái)、站廳的覆蓋方案

在站臺(tái)、站廳的通信覆蓋建設(shè)前，各運(yùn)營(yíng)商要確定其通信系統(tǒng)的信源設(shè)備，如宏蜂窩、微蜂窩、分布式基站等。移動(dòng)的5G通信網(wǎng)絡(luò)頻段是2.6 GHz，電信和聯(lián)通的5G是3.5 GHz。傳統(tǒng)4G的覆蓋方法大多數(shù)是采用DAS系統(tǒng)（饋線(xiàn)、無(wú)源器件、室內(nèi)天線(xiàn)、分布式天線(xiàn)等）。市面上的DAS支持的頻段范圍為800 MHz ～2 700 MHz，因此雖然可以支持移動(dòng)5G，但無(wú)法支持電信和聯(lián)通的5G。因此，改造是不可避免的。

對(duì)于移動(dòng)的5G通信，現(xiàn)有的設(shè)備可以支持其5G頻段，能4G和5G合路，而聯(lián)通和電信則無(wú)法使用現(xiàn)有設(shè)備。即使可以合路，由于5G信源功率要求高，達(dá)160 W，而現(xiàn)有設(shè)備無(wú)法達(dá)到要求，因此需要多路信源疊加，增加了復(fù)雜度，并且無(wú)源分布式天線(xiàn)在不同通信頻段（5G、4G、3G、2G）的調(diào)試復(fù)雜，因此改造或新建5G網(wǎng)絡(luò)多數(shù)采用分布式室內(nèi)系統(tǒng)（Digital indoor system，DIS）。將傳統(tǒng)的1T1R、2T2R改造為4T4R。

3.2 ?隧道內(nèi)的覆蓋方案

由于隧道內(nèi)空間狹小，且列車(chē)通過(guò)時(shí)有強(qiáng)烈風(fēng)壓，因此隧道內(nèi)是不能使用分布式天線(xiàn)作為通信方式的。目前地鐵隧道內(nèi)普遍采用的是通過(guò)泄漏電纜進(jìn)行隧道內(nèi)的全覆蓋。傳統(tǒng)4G通信，隧道內(nèi)泄漏電纜多為2根，而在5G建設(shè)中，為了實(shí)現(xiàn)5G通信的傳輸速度快，延遲時(shí)間短，容量大等特點(diǎn)，為了支持4×4 MIMO，需要建設(shè)4根泄漏電纜供三大運(yùn)營(yíng)商使用。同時(shí)為了保證三個(gè)運(yùn)營(yíng)商的公共無(wú)線(xiàn)信號(hào)能夠在地鐵空間內(nèi)覆蓋，POI的頻段選擇需要綜合考慮。表1是三大運(yùn)營(yíng)商的頻率劃分，從表中可知，地鐵隧道內(nèi)的POI應(yīng)選擇在800 MHz～3 600 MHz之間。

為了方便隧道內(nèi)設(shè)備的安裝和安全并且提高隧道內(nèi)的信號(hào)覆蓋效果，建議將泄漏電纜的高度設(shè)在與列車(chē)車(chē)窗的中部等高處，并采用卡具方式固定，卡具間隔宜為1.0 m～1.3 m，其中每隔10 m～15 m設(shè)置1個(gè)防火卡具;在無(wú)襯砌隧道內(nèi)，漏泄電纜采用角鋼支架和鋼絲承力索加卡具方式架設(shè)，吊具間隔宜為1.0 m～1.3 m，其中每隔10 m～15 m設(shè)置1個(gè)防火卡具。如圖1所示。

由于地鐵內(nèi)的信覆蓋是存在多樣性的，站臺(tái)與隧道的信號(hào)覆蓋方式不同。乘客在上下車(chē)時(shí)，移動(dòng)信號(hào)需要發(fā)生切換。通常有如下幾種設(shè)計(jì)方案，如圖2所示，需要根據(jù)設(shè)計(jì)需求，選擇最合適的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

方案1：隧道內(nèi)的泄漏電纜鋪滿(mǎn)整個(gè)地鐵線(xiàn)路，包括站臺(tái)候車(chē)點(diǎn)。結(jié)果會(huì)導(dǎo)致站臺(tái)候車(chē)點(diǎn)因此會(huì)存在兩種信源，泄漏電纜和DIS信源，互相存在干擾，但可通過(guò)設(shè)備功率優(yōu)化控制;

方案2：隧道內(nèi)的泄漏電纜鋪滿(mǎn)整個(gè)地鐵線(xiàn)路，包括站臺(tái)候車(chē)點(diǎn)，但站臺(tái)的DIS信源安放在隧道內(nèi)，結(jié)果同樣會(huì)導(dǎo)致站臺(tái)存在兩種信源，互相存在干擾，信號(hào)強(qiáng)度接近難以控制;

方案3：隧道內(nèi)由泄漏電纜覆蓋，站臺(tái)由DIS信源覆蓋，在兩者交匯處，有狹小區(qū)域使信號(hào)切換，存在切換不成功的現(xiàn)象;

方案4：隧道內(nèi)由泄漏電纜覆蓋，站臺(tái)由DIS信源覆蓋并且DIS信源安放在隧道，在兩者交匯處，有充足區(qū)域使信號(hào)切換，但是可能導(dǎo)致站臺(tái)、站廳的信號(hào)強(qiáng)度降低;

因此，建議正常地鐵建設(shè)優(yōu)先選用方案1，其次選擇方案4。

3.3 ?切換

在地鐵覆蓋中主要存在站臺(tái)與隧道間的切換、隧道中兩小區(qū)之間的切換、列車(chē)出入隧道與室外小區(qū)的切換。

3.3.1 ?站臺(tái)與隧道間的切換

由于在隧道和車(chē)站部分采用不同的建設(shè)方式和信源小區(qū)進(jìn)行覆蓋，乘客在上下車(chē)時(shí)，移動(dòng)臺(tái)將接收到不同小區(qū)的信號(hào)，需要發(fā)生信號(hào)切換，如圖3所示，在這個(gè)過(guò)程中由于車(chē)速較慢，重疊覆蓋區(qū)域在滿(mǎn)足切換時(shí)長(zhǎng)要求的情況下，越小越好。

3.3.2 ?隧道中兩小區(qū)之間的切換

在隧道中運(yùn)行列車(chē)上的移動(dòng)臺(tái)在隧道中隨車(chē)輛移動(dòng)時(shí)，通過(guò)來(lái)自不同基站信號(hào)的交會(huì)處時(shí)將會(huì)發(fā)生信號(hào)切換，如圖4所示，由于車(chē)速較快，重疊覆蓋區(qū)域應(yīng)滿(mǎn)足車(chē)速×切換時(shí)長(zhǎng)×（1+余量）。

3.3.3 ?列車(chē)出入隧道與室外小區(qū)的切換

列車(chē)出隧道的過(guò)程中，其信號(hào)強(qiáng)度變化是隧道內(nèi)信號(hào)迅速減弱，隧道外信號(hào)迅速增強(qiáng)的過(guò)程;列車(chē)入隧道的過(guò)程中，其信號(hào)強(qiáng)度變化是隧道內(nèi)信號(hào)迅速增強(qiáng)，隧道外信號(hào)迅速減弱的過(guò)程，出入隧道其切換區(qū)不足會(huì)造成切換失敗，通常在隧道口泄漏電纜末端增加兩幅定向板狀天線(xiàn)對(duì)隧道出口方向進(jìn)行覆蓋，與外部蜂窩基站形成足夠重疊區(qū)，達(dá)到切換的目的。

重疊覆蓋區(qū)域同樣應(yīng)滿(mǎn)足車(chē)速×切換時(shí)長(zhǎng)×（1+余量），但距離不能太長(zhǎng)，必須控制信號(hào)外泄，避免對(duì)隧道外的室外宏站覆蓋區(qū)造成干擾。出隧道時(shí)隧道內(nèi)外場(chǎng)強(qiáng)電平變化曲線(xiàn)如圖5所示。

3.4 ?干擾

在制定軌道交通隧道覆蓋方案過(guò)程中，干擾分析能有效提升信號(hào)質(zhì)量，降低并有效控制干擾值，確保公網(wǎng)與專(zhuān)網(wǎng)能同時(shí)正常工作且相互又無(wú)影響。

在地鐵覆蓋系統(tǒng)的建設(shè)和使用過(guò)程中，通常主要存在以下幾種干擾：同、鄰頻干擾，雜散干擾，接收機(jī)阻塞干擾，接收機(jī)互調(diào)干擾。軌道交通系統(tǒng)位于信號(hào)純凈的地下，只要做好相應(yīng)的頻率規(guī)劃即可消除同鄰頻干擾，但軌道交通通信系統(tǒng)為多個(gè)頻段使用同一天饋分布系統(tǒng)，這樣就使雜散干擾、接收機(jī)阻塞干擾、接收機(jī)互調(diào)干擾更加突出。為了盡量減少干擾的影響，并保證足夠的收發(fā)隔離度，一方面在POI內(nèi)加濾波器增加電路隔離，另一方面發(fā)射天線(xiàn)與接收天線(xiàn)分開(kāi)接入兩條漏纜，增加空間隔離;控制設(shè)備功率，避免互調(diào)干擾。

4 ?結(jié) ?論

本文針對(duì)5G信號(hào)在地鐵中的覆蓋進(jìn)行了簡(jiǎn)單的解析，探討了5G信號(hào)在地鐵覆蓋中存在的技術(shù)難點(diǎn)和解決方案，隨著5G通信的成熟發(fā)展來(lái)來(lái)的日益增大的上行下載速度，在條件允許情況下4×4 MIMO方案是一個(gè)良好的選擇，泄漏電纜和DIS的分段信號(hào)分布能夠在有效降低成本的同時(shí)，提高地鐵隧道的通信容量和質(zhì)量。

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作者簡(jiǎn)介：龔璐（1987.11—），男，漢族，重慶永川人，通信工程師，本科，研究方向：民用通信、5G建設(shè)及應(yīng)用。