地鐵場(chǎng)景下5G通信網(wǎng)絡(luò)改造解決方案

田野 劉建宏

（武漢虹信技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司 湖北省武漢市 430205）

1 地鐵場(chǎng)景5G改造的難點(diǎn)及問(wèn)題

早期地鐵室分系統(tǒng)多采用傳統(tǒng)室分建設(shè)模式，軌道運(yùn)行區(qū)采用13/8”泄漏電纜覆蓋，地鐵內(nèi)安裝的無(wú)源器件，例如天線、功分器、耦合器、多系統(tǒng)合路平臺(tái)(POI)、泄露電纜等，頻段以0.7-2.7GHz為主，難以支持電信和聯(lián)通5G的3.5GHz頻段，因此，地鐵場(chǎng)景5G網(wǎng)絡(luò)改造存在諸多難點(diǎn)，主要包括如下方面。

1.1 5G網(wǎng)絡(luò)改造技術(shù)方案形態(tài)各異，設(shè)計(jì)難

存量地鐵站點(diǎn)情況較復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方比較多，如運(yùn)營(yíng)商、地鐵公司、鐵塔公司，車站內(nèi)室分形態(tài)各異，如新型室分、傳統(tǒng)室分、新型&傳統(tǒng)室分，天饋系統(tǒng)承載能力各異，頻段不支持5G網(wǎng)絡(luò)；多系統(tǒng)合路平臺(tái)（POI）端口沒(méi)有僅預(yù)留2.6GHz，系統(tǒng)均不支持3.5GHz；移動(dòng)5G頻段為2.6GHz，原則上能利舊現(xiàn)有系統(tǒng)，但電信、聯(lián)通5G頻段為3.5GHz，不能利舊現(xiàn)有的漏纜和天饋系統(tǒng)，使得運(yùn)營(yíng)商對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)改造需求不一致。

1.2 5G網(wǎng)絡(luò)改造協(xié)調(diào)難度大

地鐵場(chǎng)景內(nèi)實(shí)施5G網(wǎng)絡(luò)改造，涉及市電容量、漏纜掛裝位置、過(guò)軌預(yù)埋管改造，增加運(yùn)營(yíng)商的資金預(yù)算，需與運(yùn)營(yíng)商及地鐵公司多方協(xié)商，達(dá)成一致；因運(yùn)營(yíng)線經(jīng)常進(jìn)行線路檢修，很難申請(qǐng)到連續(xù)的作業(yè)令，此外，5G網(wǎng)絡(luò)改造施工難免會(huì)破壞原有裝修，需協(xié)商賠補(bǔ)方案，一定程度上增加了協(xié)調(diào)難度。

1.3 5G網(wǎng)絡(luò)改造施工難，成本高

運(yùn)營(yíng)中的地鐵交通運(yùn)營(yíng)時(shí)間長(zhǎng)，作業(yè)令申請(qǐng)較難，通常作業(yè)時(shí)間難以保障，每天施工的時(shí)間只有3-4個(gè)小時(shí)，只能夜間施工，作業(yè)時(shí)間緊張；且施工條件極為苛刻，軌道運(yùn)行區(qū)內(nèi)有高壓電，施工環(huán)境惡劣，危險(xiǎn)系數(shù)高，夜間施工需遠(yuǎn)離高壓接觸網(wǎng)、避讓巡道車，軌道內(nèi)新增設(shè)備必須確保不侵軌、不影響原有的系統(tǒng)，并對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)、管線和裝修不能形成破壞，從而造成施工效率低，人工綜合成本增加。

2 地鐵5G網(wǎng)絡(luò)改造原則和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

綜上所述，實(shí)施地鐵5G網(wǎng)絡(luò)改造時(shí)，需要重點(diǎn)關(guān)注以下三大原則。

（1）充分保證網(wǎng)絡(luò)性能：新建或改造的5G網(wǎng)絡(luò)在滿足三大運(yùn)營(yíng)商的性能指標(biāo)要求的同時(shí)，需最大程度降低對(duì)存量2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的影響。

（2）實(shí)現(xiàn)最大程度共享：充分協(xié)調(diào)三大運(yùn)營(yíng)商對(duì)5G信源設(shè)備，采用共點(diǎn)位設(shè)置，最大程度共享電源、傳輸?shù)扰涮踪Y源，集中施工，節(jié)約投資。

（3）合理利舊節(jié)約成本：將支持2.6GHz的存量天饋、漏纜進(jìn)行利舊，盡量利舊軌道運(yùn)行區(qū)存量斷點(diǎn)位置。

地鐵實(shí)施5G網(wǎng)絡(luò)改造，確定具體改造方案之前，需對(duì)站點(diǎn)做好“技術(shù)方案評(píng)估和網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估”，技術(shù)方案評(píng)估主要包括存量系統(tǒng)覆蓋模式、無(wú)源器件頻段和功率容量、電源、傳輸系統(tǒng)余量，核對(duì)竣工圖紙和現(xiàn)場(chǎng)情況是否一致等；網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)路測(cè)和運(yùn)營(yíng)商后臺(tái)MR指標(biāo)，判斷原系統(tǒng)的覆蓋效果，計(jì)算5G系統(tǒng)的理論鏈路損耗，分析5G引入對(duì)原系統(tǒng)的影響，評(píng)估理論覆蓋效果，判斷對(duì)原系統(tǒng)的干擾水平，理論分析引入5G系統(tǒng)后可能造成的干擾，通過(guò)合理的頻率分配規(guī)避干擾等，通過(guò)分析評(píng)估，保證現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)性能，避免引入5G系統(tǒng)后，引發(fā)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的干擾。

3 地鐵場(chǎng)景5G網(wǎng)絡(luò)改造的方案及建議

地鐵場(chǎng)景公網(wǎng)覆蓋或改造，一般按照站廳、站臺(tái)、隧道進(jìn)行功能分區(qū)，針對(duì)各功能區(qū)特點(diǎn)，采用對(duì)應(yīng)的覆蓋或網(wǎng)絡(luò)改造方案，實(shí)現(xiàn)定制化的精準(zhǔn)覆蓋。如圖1所示。

圖1：地鐵場(chǎng)景主要功能區(qū)

地鐵場(chǎng)景5G通信網(wǎng)絡(luò)改造前，需先了解現(xiàn)有站點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)模式，確定是傳統(tǒng)室分還是新型室分系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，接下來(lái)，我們就地鐵5G網(wǎng)絡(luò)改造幾種方案進(jìn)行探討。

3.1 存量站點(diǎn)為傳統(tǒng)室分系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)改造建議

市區(qū)（中心站）：因換乘站人流量較大，建議在站廳和站臺(tái)區(qū)疊加建設(shè)一套5G 4T4R分布式皮基站，以滿足高價(jià)值場(chǎng)景高容量、高業(yè)務(wù)性能的需求，移動(dòng)2.6GHz已接入存量室內(nèi)分布情況下，售票廳、站臺(tái)等人流密集區(qū)域疊加建設(shè)5G分布式皮基站時(shí)，需特別注意兩個(gè)系統(tǒng)間的干擾，應(yīng)在疊加分布式皮基站區(qū)域斷開(kāi)傳統(tǒng)的室內(nèi)分布系統(tǒng)。

5G分布式皮基站示意圖如圖2所示。

圖2：5G分布式皮基站示意圖

郊區(qū)站：相對(duì)比較偏遠(yuǎn)，人流量較小，業(yè)務(wù)需求較低，建議在站廳和站臺(tái)區(qū)新建一套0.7GHz-3.5GHz頻段的雙路室內(nèi)分布系統(tǒng)，降低建設(shè)成本，若存量站點(diǎn)天饋系統(tǒng)支持0.8GHz-2.7GHz頻段，移動(dòng)2.6GHz可同時(shí)接入存量和新建室內(nèi)分布系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)于2T2R的業(yè)務(wù)性能。

3.2 存量站點(diǎn)為新型室分系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)改造建議

如存量地鐵站點(diǎn)為新型室分系統(tǒng)，可根據(jù)原室分系統(tǒng)的設(shè)備、配套線纜情況，合理選擇合適的5G改造方案。

3.2.1 軟件升級(jí)方案

如現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備為分布式皮基站2T2R設(shè)備，可以通過(guò)軟件升級(jí)方式，實(shí)現(xiàn)2*2MIMO，業(yè)務(wù)容量低于4T4R方式，該方案工程施工難度最低，僅需新增BBU，投資成本在分布式皮基站的各種改造方式中相對(duì)最低。軟件升級(jí)方案如圖3所示。

圖3：軟件升級(jí)方案

3.2.2 替換現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備方案

如存量站點(diǎn)因安裝空間受限、rHUB至pRRU線纜可利舊場(chǎng)景，評(píng)估4G網(wǎng)絡(luò)容量許可，可選擇替換已部署設(shè)備為5G雙頻或多頻分布式皮基站。替換現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備如圖4所示。

圖4：替換現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備

該解決方案可以利舊原有網(wǎng)線（光電復(fù)合纜），滿足4G現(xiàn)網(wǎng)容量需求和5G業(yè)務(wù)發(fā)展，投資成本適中。

3.2.3 疊加新增5G分布式皮站

如現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備施工改造困難且具備空余安裝條件的場(chǎng)景，可選擇疊加新增一套5G分布式皮基站，該解決方案工程量相當(dāng)于純新建一套分布式皮基站，不會(huì)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)4G部署造成影響，可以保證網(wǎng)絡(luò)性能好，投資成本相對(duì)較高。疊加新增5G分布式皮站如圖5所示。

圖5：疊加新增5G分布式皮站

3.3 隧道區(qū)域內(nèi)5G室分網(wǎng)絡(luò)改造方案

隧道區(qū)是地鐵的重點(diǎn)場(chǎng)景，受限于作業(yè)的空間和時(shí)間，網(wǎng)絡(luò)改造較為復(fù)雜，需結(jié)合區(qū)間內(nèi)場(chǎng)景以及客戶的投資需求進(jìn)行改造，推選幾種隧道區(qū)域網(wǎng)絡(luò)改造方案。

3.3.1 拆除13/8”漏纜，新建5/4”漏纜解決方案

此解決方案是完全拋開(kāi)原有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，新建一套系統(tǒng)，適合存量漏纜不支持2.6GHz，存量民用通信系統(tǒng)由地鐵公司自己承建，或之前系統(tǒng)歸屬、租金問(wèn)題無(wú)法協(xié)商一致的情況，該方案不用考慮原有開(kāi)斷點(diǎn)的情況，根據(jù)隧道內(nèi)安裝空間，選擇不同的漏纜數(shù)量。

當(dāng)隧道滿足4根漏纜安裝空間，可新建4根5/4”全頻漏纜，漏纜承載頻段為0.8-3.6GHz，同時(shí)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)、電信、聯(lián)通5G網(wǎng)絡(luò)的4T4R傳輸和通信。如圖6所示。

圖6：隧道區(qū)拆舊并新建4根5/4”全頻漏纜

當(dāng)隧道不滿足4根漏纜安裝空間，可新建2根5/4”全頻漏纜，漏纜承載頻段0.8-3.6GHz，同時(shí)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)、電信、聯(lián)通5G網(wǎng)絡(luò)的2T2R傳輸和通信。如圖7所示。

圖7：隧道區(qū)拆舊新建2根5/4”全頻漏纜

以上采用13/8”漏纜替換為新建5/4”漏纜之后，還應(yīng)依據(jù)場(chǎng)強(qiáng)鏈路預(yù)算結(jié)果，相應(yīng)調(diào)整開(kāi)斷點(diǎn)的位置。

隧道覆蓋場(chǎng)強(qiáng)鏈路預(yù)算表如表1所示。

表1：隧道覆蓋場(chǎng)強(qiáng)鏈路預(yù)算表

因運(yùn)營(yíng)商均采用100W/通道的5G信源，邊緣場(chǎng)強(qiáng)要求RSRP≥-100dBm；列車時(shí)速80km/h，系統(tǒng)切換時(shí)長(zhǎng)約為1s，需預(yù)留45米作為切換帶等，通過(guò)鏈路預(yù)算，對(duì)開(kāi)斷點(diǎn)距離評(píng)估，建議開(kāi)斷點(diǎn)間距不超過(guò)440m。

從網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量對(duì)比看，新增4根5/4”全頻纜，可以通過(guò)合理的頻率分配，將組合后會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)三階互調(diào)干擾的系統(tǒng)，接入不同的漏纜來(lái)規(guī)避部分干擾影響，提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

四根漏纜場(chǎng)景各系統(tǒng)接入方案建議表如表2所示。

表2：四根漏纜場(chǎng)景各系統(tǒng)接入方案建議表

在空間條件允許情況下，優(yōu)先推薦4纜方案，不僅實(shí)現(xiàn)4T4R，還能有效規(guī)避干擾，多兩根纜，多了很多頻率分配選擇方案，通過(guò)合理的頻率分配，將組合后會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)三階互調(diào)干擾的系統(tǒng)，接入不同漏纜來(lái)規(guī)避部分干擾影響，當(dāng)然該方案僅能從一定程度上降低部分互調(diào)組合干擾，無(wú)法規(guī)避所有互調(diào)組合帶來(lái)的影響，因此工程建設(shè)需嚴(yán)格管控施工工藝水平，提升分布系統(tǒng)互調(diào)抑制度指標(biāo)。

3.3.2 利舊13/8”漏纜，新建2根5/4”漏纜解決方案

保留現(xiàn)網(wǎng)的13/8”漏纜，新建2根5/4”漏纜解決方案實(shí)現(xiàn)利舊，這種方案適合隧道區(qū)內(nèi)存量漏纜支持2.6GHz，將移動(dòng)的5G通過(guò)2.6GHz擴(kuò)展POI接入存量13/8”，新建5/4”漏纜僅承載電信和聯(lián)通的5G。如圖8所示。

圖8：移動(dòng)5G接入存量13/8”，新建5/4”漏纜承載電聯(lián)5G

從兼顧三家運(yùn)營(yíng)商共同利益角度，也可以將移動(dòng)2.6G也可同時(shí)接入新增5/4”漏纜，實(shí)現(xiàn)4T4R，與原2/3/4G系統(tǒng)完全獨(dú)立運(yùn)行，方案對(duì)三家運(yùn)營(yíng)商比較公平，可根據(jù)運(yùn)營(yíng)商的需求進(jìn)行選擇。如圖9所示。

圖9：各運(yùn)營(yíng)商5G信源全部饋入新增5/4”漏纜示意圖

該方案利舊了存量13/8”漏纜，節(jié)約了成本，同時(shí)，盡量利舊原有開(kāi)斷點(diǎn)位置，保證覆蓋效果。在實(shí)施5G網(wǎng)絡(luò)改造時(shí)，應(yīng)依據(jù)場(chǎng)強(qiáng)鏈路預(yù)算合理做好漏纜選型，通過(guò)鏈路預(yù)算，測(cè)算出系統(tǒng)允許的最大綜合損耗。

隧道覆蓋場(chǎng)強(qiáng)鏈路預(yù)算示意如表3所示。

表3：隧道覆蓋場(chǎng)強(qiáng)鏈路預(yù)算示意表

基于以上鏈路預(yù)算可以得出，移動(dòng)2.6GHz為88.3 dBm，電信和聯(lián)通3.5GHz為89.3 dBm。從而保證5G信源與原信源設(shè)備共點(diǎn)位部署。

3.3.3 利舊13/8”漏纜，重耕電信和聯(lián)通的2.1GHz作為5G頻段解決方案

重耕電信、聯(lián)通的2.1GHz方案最大化利舊存量室分系統(tǒng)，改造工程量小，只需更換POI，將移動(dòng)2.6GHz和電聯(lián)2.1GHz信源直接接入原13/8”漏纜，解決地鐵場(chǎng)景5G信號(hào)從無(wú)到有。如圖10所示。

圖10：移動(dòng)2.6GHz和電聯(lián)2.1GHz信源直接接入原13/8”漏纜

由于2.1GHz只有50MHz帶寬用于承載5G，且存量室內(nèi)分布系統(tǒng)上只能實(shí)現(xiàn)2T2R，因此業(yè)務(wù)性能較其它改造方案偏弱，該方案適用于難以協(xié)調(diào)的線路，或業(yè)務(wù)需求較低的郊區(qū)線路。

4 結(jié)束語(yǔ)

地鐵場(chǎng)景5G網(wǎng)絡(luò)改造是一項(xiàng)綜合且復(fù)雜的工程，本文從網(wǎng)絡(luò)評(píng)估和設(shè)計(jì)方面提供了幾類常見(jiàn)的解決方案，實(shí)際工程實(shí)施中，網(wǎng)絡(luò)改造現(xiàn)場(chǎng)詳勘是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，根據(jù)實(shí)際情況做好方案變更，確定設(shè)計(jì)方案和現(xiàn)場(chǎng)情況是否一致，以及輔材型號(hào)選型，做好施工人員、材料、器械、儀表、協(xié)調(diào)等一系列完善的施工準(zhǔn)備，合理安排作業(yè)計(jì)劃，確保5G網(wǎng)絡(luò)改造施工現(xiàn)場(chǎng)的安全以及風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)。