［張雪強 康同海 張澤旭］

1 引言

各運營商在5G網(wǎng)絡(luò)可用頻段中分配到的不同網(wǎng)絡(luò)頻段建設(shè)5G信號，目前移動5G網(wǎng)絡(luò)主力覆蓋頻段為2.6 GHz。電信和聯(lián)通5G網(wǎng)絡(luò)主力覆蓋頻段為3.4～3.6 GHz，受高頻電磁波傳播損耗大、傳播距離近的傳播特性影響，高鐵和地鐵隧道的設(shè)備安裝洞室距離較大或者設(shè)備安裝位置緊張的影響，使得5G信號在隧道內(nèi)的覆蓋難度增加。地鐵是運營商網(wǎng)絡(luò)覆蓋的重要口碑場景，在5G已商用的情況 下，如何實現(xiàn)多家運營商多個通信系統(tǒng)（2G/3G/4G/5G）的共存、實現(xiàn)良好的覆蓋和干擾協(xié)同，是地鐵網(wǎng)絡(luò)覆蓋建設(shè)的重要課題和難點。[1]

2 項目詳細內(nèi)容

2.1 項目背景

（1）5G無源室分的器件、線纜產(chǎn)品的研發(fā)進度制約著5G無源室分的建設(shè)模式發(fā)展。

4G時代，無源器件僅支持到2 700 MHz頻段，不支持5G的主流高頻段。同時在同一套共享的室分系統(tǒng)中，不僅僅要滿足5G系統(tǒng)的接入，還要滿足原有2/3/4G系統(tǒng)的接入，系統(tǒng)多、頻率碎片化，頻段寬度大，對5G的共享能力和抗干擾能力提出了更高的要求。無源器件能否適應(yīng)5G室分需求直接影響5G室分建設(shè)。

（2）高鐵、地鐵隧道設(shè)備安裝位置受限，建設(shè)方式單一增加5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)難度。

高鐵車速快，隧道為一洞兩軌，所有設(shè)備需安裝設(shè)備洞室中，地鐵車速較快，隧道為一洞一軌，所有設(shè)備需安裝隧道墻壁上。因高鐵列車和地鐵列車在隧道中運行時，猶如活塞使隧道中的風(fēng)速很大，為了保證列車安全，對安裝在隧道壁上的設(shè)備要求極高，使有很多設(shè)備沒有辦法在上安裝，隧道的5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋只能通過建設(shè)泄露電纜的方式解決[2]。

（3）地鐵作為特殊場景，在無線覆蓋方面較地面普通場景(樓宇、公共場所等) 具有以下特點：

①地鐵的建筑結(jié)構(gòu)一般分為站廳、站臺和隧道區(qū)間三部分，覆蓋區(qū)域復(fù)雜;

② 人流量在高峰和閑時存在巨大差異，高峰瞬時話務(wù)量突出;

③地鐵移動性強，涉及隧道內(nèi)、站廳和站臺地鐵和室外的切換;

④ 無線信號在隧道區(qū)間中傳播時容易產(chǎn)生快衰落，并且穿透車體兩側(cè)屏蔽門產(chǎn)生較大的損耗[3]。

2.2 主要科技創(chuàng)新

為了更好地支持5G高頻段，國際首創(chuàng)漏纜寬高頻陣列源技術(shù)和分段耦合技術(shù)，研發(fā)推出全頻段5G漏纜和低損耗5G漏纜，大幅提升了5G高頻段的輻射性能，有效解決了5G高頻段隧道覆蓋難題。

（1）國際首創(chuàng)采用寬高陣列源技術(shù)的全頻段5/4〞漏纜

漏纜的每個槽孔都是激勵源，由開槽處電場分布的柱面傅里葉變換得到漏纜的輻射場以及輻射損耗，漏纜的傳輸損耗和耦合損耗是多個激勵源陣列的疊加效果。傳輸損耗一般主要與使用頻段的波長以及漏纜的物理尺寸相關(guān)，優(yōu)化提升的空間較小。耦合損耗是泄漏電纜產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)鍵指標，決定了電磁波的輻射強度和范圍。由漏纜的傳輸衰減模型可知，對于同一頻段，耦合損耗主要與槽孔的尺寸、排列方式相關(guān)，因此提升漏纜輻射性能的關(guān)鍵在于槽孔設(shè)計。

通過理論計算和三維建模仿真相結(jié)合，不斷優(yōu)化迭代槽孔尺寸和槽型，發(fā)明了寬高頻陣列源技術(shù)，它具有損耗低、帶寬大、抑制中高頻諧波的優(yōu)點。采用寬高頻陣列源技術(shù)研發(fā)推出了全頻段5/4〞漏纜，支持700～3 700 MHz頻段，5G高頻段的250 m綜合損耗較常規(guī)產(chǎn)品降低了7～20 dB，而且高低頻段的綜合損耗更加均衡，差距在4 dB以內(nèi)，在地鐵隧道場景覆蓋距離可達500 m以上，5G高頻段覆蓋距離提升了1倍以上。

（2）國際首創(chuàng)采用分段耦合技術(shù)的低損耗5/4〞漏纜

傳統(tǒng)漏纜采用固定槽孔設(shè)計，由漏纜的傳輸衰減模型可知，對于同一頻段，耦合損耗固定。所以在靠近基站信源的覆蓋始端信號過強，存在信號功率浪費的情況，在遠離基站信源的覆蓋末端信號偏弱、功率不足，這種特性導(dǎo)致漏纜覆蓋距離過短。

發(fā)明了分段耦合技術(shù)，采用漸變的開槽設(shè)計，在漏纜不同的位置按需采用不同的耦合損耗。在靠近基站信源的覆蓋始端加大耦合損耗，減少信號輻射量，減少功率浪費，在遠離基站信源的覆蓋末端減小耦合損耗，加大信號輻射量，彌補覆蓋短板，從而達到提升覆蓋距離的目的。采用分段耦合技術(shù)研發(fā)推出了低損耗5/4〞漏纜，支持1 700～3 700 MHz頻段，5G高頻段的250 m綜合損耗較常規(guī)產(chǎn)品降低約9～24 dB，性能指標國際領(lǐng)先，在地鐵隧道場景覆蓋距離達到700 m以上，5G高頻段覆蓋距離提升約1.5倍。

2.3 客觀評價

在面對高鐵、地鐵隧道5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模擴大、投資高的行業(yè)壓力下，通過產(chǎn)品的創(chuàng)新，實現(xiàn)2/3/4/5G室分的共享和集約化建設(shè)，項目助力京張高鐵成為全球首條5G全覆蓋的高鐵線路，助力全部各地地鐵5G信號覆蓋，實現(xiàn)地鐵直播不卡頓。將高鐵、地鐵5G信號和超高清視頻編解碼技術(shù)三大中國“名片”合為一體，在全世界尚屬首例，為行業(yè)創(chuàng)造了可觀的技術(shù)和經(jīng)濟價值。

主要成果：發(fā)明并研發(fā)了一種性能漸變的漏泄同軸電纜和一種寬高頻低損耗均勻輻射漏泄同軸電纜，大幅提升了5G高頻段的輻射性能，有效解決了5G高頻段室內(nèi)覆蓋難題。兩款創(chuàng)新5G漏纜產(chǎn)品的性能指標國際領(lǐng)先，在地鐵隧道覆蓋距離提升1倍以上[4]。

該項目為重大的工程科技創(chuàng)新，為室分共享建設(shè)打下了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)，有力地支撐了低成本、高質(zhì)量的共享發(fā)展模式。該項目創(chuàng)新成果的實用價值高、應(yīng)用前景廣，取得了顯著的經(jīng)濟和社會效益，有力地推動了行業(yè)技術(shù)進步及產(chǎn)業(yè)升級，為我國4G規(guī)模建設(shè)、5G率先開局發(fā)揮了重要作用，隨著5G室分的規(guī)模建設(shè)，還將持續(xù)為行業(yè)創(chuàng)造更多價值。

3 應(yīng)用情況和效益

3.1 應(yīng)用情況

（1）省內(nèi)應(yīng)用情況

2019 年 12 月 30 日，北京至張家口高鐵開通運營，張家口至北京最快運行時間僅需 47 分鐘。與此同時，京張高鐵 5G 信號覆蓋通過全線建設(shè)低損耗漏纜完成網(wǎng)絡(luò)覆蓋，京張高鐵成為全國首批 5G 高鐵，旅客可體驗全面升級的移動通信服務(wù)，坐高鐵、看高清視頻、暢享 5G 網(wǎng)絡(luò)成為現(xiàn)實。

河北省會石家莊地鐵項目，5G 信號覆蓋全線使用低損耗漏纜建設(shè)完成，確保石家莊地鐵5G信號全覆蓋。

（2）國內(nèi)應(yīng)用情況

河南、山東、四川、上海、江蘇等分公司在樓宇、地鐵、高鐵、公路隧道等各場景開展5G無源室分試點。

①地鐵隧道場景5G覆蓋試點。部署全頻段5/4漏纜、低損耗5/4漏纜在鄭州、石家莊、濟南、無錫地鐵隧道實現(xiàn)5G覆蓋；采用2.6G擴展模塊實現(xiàn)原有13/8漏纜移動NR2.6G升級。試點結(jié)果表明，采用低損耗5/4漏纜，NR3.5G信源斷點距離可做到400～700 m，與現(xiàn)有4G斷點距離基本相當，完全可以滿足新建隧道2/3/4/5G共享覆蓋。

② 高鐵隧道5G覆蓋試點。部署低損耗5/4纜覆蓋京張高鐵隧道，測試NR3.5G對于高鐵的覆蓋效果。試點效果表明，采用低損耗5/4漏纜覆蓋高鐵，下行覆蓋相比LTE提升3～4倍，上行受限于NSA組網(wǎng)基本與LTE相當。

創(chuàng)新成果已在中國鐵塔的共享室分項目中廣泛應(yīng)用，為電信行業(yè)節(jié)省了大量的重復(fù)投資和社會資源，得到了一致認可，為我國4/5G低成本、高效建設(shè)提供了有力支撐。

3.2 經(jīng)濟效益和社會效益

（1）經(jīng)濟效益

使用本次創(chuàng)新技術(shù)和產(chǎn)品，自2019年1月～2021年6月，已累計為行業(yè)節(jié)省投資84.2億元，隨著5G室分的規(guī)模建設(shè)，還將持續(xù)為行業(yè)創(chuàng)造更多價值。（1）通過共享技術(shù)創(chuàng)新節(jié)省投資72.96億元。使用增強型連接器等創(chuàng)新產(chǎn)品，可實現(xiàn)快速部署，縮短工期的效果，已建設(shè)樓宇類共享室分2.38億平米、高鐵地鐵隧道類共享室分0.8萬公里，節(jié)省室分建設(shè)投資72.96億元。（2）通過產(chǎn)品性能提升節(jié)省投資11.24億元。使用新型5G漏纜創(chuàng)新產(chǎn)品，可提升5G高頻段覆蓋距離1倍以上，實現(xiàn)更加高效的共享，已應(yīng)用3 124公里（隧道里程），節(jié)省5G基站信源及電源配套投資11.24億元。

（2）社會效益

5G信號覆蓋低損耗漏纜產(chǎn)品和方案的推出，既符合企業(yè)低成本建設(shè)的意見又符合國家低碳、綠色、可持續(xù)發(fā)展理念，降低項目投資成本，有利于加快開展中高容量場景5G信號的覆蓋，為我國5G信號的廣覆蓋提速增效，尤其在高鐵、地鐵隧道中5G信號覆蓋試點的建設(shè)開通，為我國5G室分率先開局發(fā)揮了重要作用。

低損耗漏纜的成功研發(fā)，實現(xiàn)國內(nèi)支持5G頻段漏泄同軸電纜產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新。產(chǎn)品在高鐵和地鐵 5G信號建設(shè)中的廣泛應(yīng)用，將極大的解決高鐵、地鐵5G信號覆蓋的問題，為我國5G和軌道交通的建設(shè)和發(fā)展起到了積極的促進作用。

4 結(jié)束語

本文分析了基于5G技術(shù)的高鐵、地鐵5G信號網(wǎng)絡(luò)建設(shè)情況，介紹了基于低損耗漏纜技術(shù)的隧道5G信號覆蓋特點，其中包括地鐵結(jié)構(gòu)特征和基于5G技術(shù)的地鐵通信需求。根據(jù)覆蓋特點，展開了基于低損耗漏纜的隧道5G覆蓋方案探究，形成最終可行方案。