地鐵商用通信系統(tǒng)的研究

汪強 喬璟

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地鐵商用通信系統(tǒng)的研究

汪強1喬璟2

1.武漢地鐵集團有限公司，湖北 武漢 430063 2.鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142

隨著城市軌道交通建設如火如荼，以及移動用戶的普及率愈來愈高，將商用通信引入軌道交通，是提高軌道交通運營部門服務質量的一個重要環(huán)節(jié)。就地鐵商用通信系統(tǒng)的結構和功能等進行研究，提出在當前地鐵項目建設中商用通信系統(tǒng)所應注意的問題，并對其實施提出建議。

商用通信；地鐵；運營

我國社會經(jīng)濟繼續(xù)快速發(fā)展、人民生活水平日益改善，人們對移動通信服務的依賴程度越來越高。同時通信行業(yè)的飛速發(fā)展，無線移動電話的使用越來越廣泛。為了保證地鐵能夠為乘客提供全方位的服務，地鐵建設方將考慮商用通信系統(tǒng)的建設。

1 主要設計原則

（1）商用通信應獨立于軌道交通專用通信系統(tǒng)，并滿足軌道交通中商用通信運營的需求。

（2）商用通信傳輸網(wǎng)絡應能承載商用通信的各種信息，應具有可靠、冗余、可擴展、可重構和靈活的特性。

（3）商用通信除滿足目前移動電話運營商和移動電話制式的需求外，還應考慮將來新增移動電話運營商和移動電話制式的需求。

（4）商用通信網(wǎng)路應具有集中管理的功能。

（5）所有基站由運營商提供并負責安裝。

2 系統(tǒng)組成及功能

商用通信系統(tǒng)是商用通信網(wǎng)在地鐵特殊空間范圍的延伸，主要解決乘客的移動通信在地下范圍的正常使用。商用通信系統(tǒng)由移動通信引入系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、集中告警系統(tǒng)、電源及接地系統(tǒng)組成。

系統(tǒng)無線信號覆蓋范圍包括每個車站的站廳、站臺、商業(yè)街、出入通道等公共區(qū)域和全部地下隧道[1]。

2.1 移動電話引入系統(tǒng)

目前具備公用移動電話網(wǎng)運營資格的服務商有中國移動（GSM和DCS1800、TD-SCDMA）、中國聯(lián)通（GSM和DCS1800、WCDMA）、中國電信（CDMA、CDMA2000）。

（1）系統(tǒng)功能。商用移動通信引入系統(tǒng)是將移動電信運營商的地面信號引入本線地下空間，滿足乘客在地下空間內享受與地面同等的移動通信需求。除滿足目前各移動電話運營商的各種移動電話制式的需求外，還應考慮將來新增移動電話運營商和移動電話制式的需要。

（2）系統(tǒng)構成。設一處移動信號引入中心，各電話運營商將交換機至各車站基站之間的通道集中在此引入，通過傳輸系統(tǒng)接入地下各個車站的移動通信基站。各運營商交換機至軌道交通移動電話引入中心站的傳輸信道由各運營商負責建設，所有基站由運營商根據(jù)實際情況提供，并負責安裝。本系統(tǒng)僅負責移動電話引入中心站至各車站基站的傳輸通道及場強覆蓋，提供接口。

商用無線通信引入系統(tǒng)是多路射頻信號的合成與分配網(wǎng)絡，其功能是將各車站的各種無線通信系統(tǒng)的射頻信號合路后由天饋系統(tǒng)均勻地將能量輻射于需要覆蓋的場所。

每個基站信號覆蓋車站兩邊的半個區(qū)間，各基站載頻的合路及分路由運營商基站自身完成，形成一個輸出及一個輸入端口；天線分布系統(tǒng)是由上、下行POI，天線陣，漏泄電纜，傳輸電纜，功分器，耦合器，頻段分、合路器等構成。合路及分路單元按各系統(tǒng)需求進行分配，并提供足夠的輸入接口，以滿足GSM、CDMA等移動電話系統(tǒng)的引入需求。對于DTV等新業(yè)務，POI預留可擴展空間。

漏泄同軸電纜上行信號鏈路及下行信號鏈路各用一條漏泄同軸電纜，在雙線雙隧道中，每條隧道分纜敷設，在各個區(qū)間從相應車站引出連續(xù)貫穿地下區(qū)間，漏泄同軸電纜沿隧道壁或專用通信隧道電纜支架掛設。車站的站廳、商業(yè)街由相應頻段的天線實現(xiàn)場強覆蓋。

基站設置在地鐵沿線相應車站的商用通信設備房內；中心引入站至每個基站的傳輸通道由商用通信的傳輸子系統(tǒng)提供。同時設置監(jiān)測告警系統(tǒng)，在中心引入站設置監(jiān)測中心設備，在每個車站的POI下行輸出端設置檢測終端設備，在每個光纖直放站設置監(jiān)測單元。在監(jiān)測中心實現(xiàn)POI、光纖直放站的統(tǒng)一監(jiān)控。

2.2 覆蓋方案

（1）隧道信號覆蓋。隧道內信號覆蓋主要是為了車廂內乘客提供無線業(yè)務服務，可以采用兩種方式覆蓋，一種是利用無源小天線覆蓋方式，一種是利用寬頻泄漏同軸電纜（LCX）覆蓋方式。

天線覆蓋方式是在隧道內采用同軸饋線無源分布天線，每隔一定距離就設置一個天線，覆蓋一定的隧道區(qū)域。這種方式設計靈活，價格相對較低，安裝較方便。但由于是隧道區(qū)域，空間較狹窄，空間波信號在隧道中傳播會產(chǎn)生隧道效應，特別是列車通過時，會對電波產(chǎn)生很大的阻擋衰落，還會導致信號覆蓋極不均勻。結合工程區(qū)間長，空間狹窄等特點，隧道內不采用天線方式覆蓋。

泄漏同軸電纜（LCX）隧道覆蓋方式，是在隧道內沿隧道壁敷設漏纜，借助漏纜對信號的泄漏原理來進行隧道信號場強覆蓋，相對于分布天線覆蓋來說，有如下優(yōu)點：可以很好克服由于列車通過而產(chǎn)生的阻擋衰落；信號波動范圍減少，信號在各個地方的分布較均勻，起到較好覆蓋效果；多種不同的無線通信系統(tǒng)可以共享同一漏纜，可以省去架設多個天線的麻煩；可以生產(chǎn)出在特定頻段上有較好性能的漏纜，采用特定的開槽、開孔方式，來提高漏纜的性能[2]。

基于以上比較，隧道內采用寬帶泄漏同軸電纜方式進行覆蓋為最佳方案。為保證信號以最小的損耗饋入車廂，泄漏電纜的架設高度宜和車窗平行，信號通過車窗，以較少損耗到達用戶。

（2）站廳、站臺、人流通道信號覆蓋。站廳、設備層、辦公區(qū)域、人流通道和換乘廳的信號分布覆蓋可以采用漏泄電纜和無源小天線兩種方式。采用漏泄電纜方式在保證通信的傳輸質量和信號覆蓋穩(wěn)定的基礎上，可較為容易控制信號的均勻分布，但存在造價較高、施工難度較大的缺點。而在車站站廳、人流通道和換乘廳等處使用比較經(jīng)濟的無源小天線覆蓋也可以達到覆蓋質量要求，且具有降低造價、便于施工等特點。

在考慮使用效果和造價的基礎上，站廳、人流通道和換乘廳這些區(qū)域推薦采用天線覆蓋方式，合理規(guī)劃天線布局，完成對地鐵站廳、人流通道和換乘廳的完整覆蓋[3]。

2.3 傳輸系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)功能。傳輸系統(tǒng)主要是為移動電話引入系統(tǒng)提供有線傳輸通道，并預留數(shù)據(jù)通信通道出租的能力。

傳輸系統(tǒng)應能根據(jù)移動通信基站的通道要求提供一點對多點（移動信號引入中心站至各基站）數(shù)字信道，并預留部分點對點（站間）或一點對多點形式和數(shù)量的數(shù)字或數(shù)據(jù)信道。應根據(jù)各種信息使用性質及要求提供主、備通道。

（2）系統(tǒng)構成。商用通信傳輸系統(tǒng)暫按MSTP組網(wǎng)考慮，隨著PTN技術的標準化和推廣，考慮適時將其引入商用通信傳輸系統(tǒng)。各運營商在地鐵各地下站的通信機房設置信號源設備，移動運營商的基站設置在各個地鐵車站的商用通信設備室內，而每個移動運營商基站的基帶信號可由某站一點或兩點引入，也可從各個車站分散引入。分散引入可以不占用地鐵的傳輸通道，但不便于管理，且占用大量運營商傳輸資源，施工難度較大。所以選擇集中一點引入方式較易實施。在選取移動信號引入點后，各移動通信運營商將移動交換機至各車站基站之間的通道集中在該點引入，再通過商用通信傳輸系統(tǒng)連接到本工程的地下車站的移動通信基站。傳輸系統(tǒng)設一套網(wǎng)元級的網(wǎng)管終端設備，對本線傳輸系統(tǒng)設備進行統(tǒng)一的故障管理、性能監(jiān)測、配置管理、安全管理及通道管理。網(wǎng)管終端設備建議設在移動信號引入站，并納入該線路工程商用通信的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，實現(xiàn)集中告警。

（3）光纜傳輸線路。根據(jù)傳輸系統(tǒng)的組網(wǎng)方式和一般線路要求，可考慮4芯光纖?？紤]部分光纖出租業(yè)務，商用通信光纜容量可暫按72芯考慮，其中40芯為G.652光纖，32芯為G.655光纖。

2.4 集中監(jiān)測告警系統(tǒng)

商用通信系統(tǒng)有傳輸系統(tǒng)和移動電話引入系統(tǒng)及配套電源，沿線車站商用通信設備室均為無人值守。為了對設備進行集中維護，提高通信網(wǎng)路的管理水平，使維護管理人員能及時、準確、迅速地獲得各子系統(tǒng)通信設備的運行狀態(tài)信息，應設置集中監(jiān)測告警系統(tǒng)。

集中告警系統(tǒng)由工作站、打印機、網(wǎng)絡設備組成，通過以太網(wǎng)與各子系統(tǒng)的網(wǎng)管服務器/監(jiān)控終端連接。

2.5 通信電源

軌道交通的商用通信設備為一級負荷供電，由低壓配電專業(yè)從配電所引接兩路獨立交流電源接至商用通信機房交流配電箱。當主用電源發(fā)生故障時，交流配電箱能自動切換至備用電源。商用通信系統(tǒng)采用不間斷UPS電源集中供電。

在各車站商用通信設備室，UPS設備需為傳輸設備、區(qū)間光纖直放站等本工程采購設備的供電。UPS系統(tǒng)由兩路電源切換模塊、UPS單元、蓄電池組和交流配電屏構成，容量按10kVA考慮，蓄電池組備用時間為2小時。各公網(wǎng)運營商的基站設備供電再由運營商根據(jù)需求自行解決，軌道交通有償提供外供交流電源并單獨設電表計量。商用通信系統(tǒng)采用綜合接地方方式，由接地專業(yè)統(tǒng)一設置弱電綜合接地體，接地電阻值≤1Ω，在商用機房提供統(tǒng)一的地線盤。

3 結語

地鐵建設中商用移動通信系統(tǒng)的引入與覆蓋，通過統(tǒng)籌分析，合理規(guī)劃，提升地鐵的綜合服務能力，提高了社會和經(jīng)濟效益。在建設與使用過程中，針對實際效果，不斷進行優(yōu)化與完善，總結經(jīng)驗，為以后提供指導。

[1]朱春生.地鐵覆蓋方案淺析[J].數(shù)據(jù)通信，2012（2）：52-54.

[2]朱里奇.基站與無線覆蓋技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[3]徐華林.地鐵中的移動通信系統(tǒng)[J].郵電設計技術，1999（6）：19-22.

U231.7

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1009-6434（2016）03-0044-02