地铁场景下5G通信网络改造解决方案

田野 刘建宏

（武汉虹信技术服务有限责任公司 湖北省武汉市 430205）

早期地铁室分系统多采用传统室分建设模式，轨道运行区采用13/8”泄漏电缆覆盖，地铁内安装的无源器件，例如天线、功分器、耦合器、多系统合路平台(POI)、泄露电缆等，频段以0.7-2.7GHz为主，难以支持电信和联通5G的3.5GHz频段，因此，地铁场景5G网络改造存在诸多难点，主要包括如下方面。

1.1 5G网络改造技术方案形态各异，设计难

存量地铁站点情况较复杂，网络建设方比较多，如运营商、地铁公司、铁塔公司，车站内室分形态各异，如新型室分、传统室分、新型&传统室分，天馈系统承载能力各异，频段不支持5G网络；
多系统合路平台（POI）端口没有仅预留2.6GHz，系统均不支持3.5GHz；
移动5G频段为2.6GHz，原则上能利旧现有系统，但电信、联通5G频段为3.5GHz，不能利旧现有的漏缆和天馈系统，使得运营商对5G网络改造需求不一致。

1.2 5G网络改造协调难度大

地铁场景内实施5G网络改造，涉及市电容量、漏缆挂装位置、过轨预埋管改造，增加运营商的资金预算，需与运营商及地铁公司多方协商，达成一致；
因运营线经常进行线路检修，很难申请到连续的作业令，此外，5G网络改造施工难免会破坏原有装修，需协商赔补方案，一定程度上增加了协调难度。

1.3 5G网络改造施工难，成本高

运营中的地铁交通运营时间长，作业令申请较难，通常作业时间难以保障，每天施工的时间只有3-4个小时，只能夜间施工，作业时间紧张；
且施工条件极为苛刻，轨道运行区内有高压电，施工环境恶劣，危险系数高，夜间施工需远离高压接触网、避让巡道车，轨道内新增设备必须确保不侵轨、不影响原有的系统，并对现有系统、管线和装修不能形成破坏，从而造成施工效率低，人工综合成本增加。

综上所述，实施地铁5G网络改造时，需要重点关注以下三大原则。

（1）充分保证网络性能：新建或改造的5G网络在满足三大运营商的性能指标要求的同时，需最大程度降低对存量2G/3G/4G网络系统的影响。

（2）实现最大程度共享：充分协调三大运营商对5G信源设备，采用共点位设置，最大程度共享电源、传输等配套资源，集中施工，节约投资。

（3）合理利旧节约成本：将支持2.6GHz的存量天馈、漏缆进行利旧，尽量利旧轨道运行区存量断点位置。

地铁实施5G网络改造，确定具体改造方案之前，需对站点做好“技术方案评估和网络性能评估”，技术方案评估主要包括存量系统覆盖模式、无源器件频段和功率容量、电源、传输系统余量，核对竣工图纸和现场情况是否一致等；
网络性能评估可通过现场路测和运营商后台MR指标，判断原系统的覆盖效果，计算5G系统的理论链路损耗，分析5G引入对原系统的影响，评估理论覆盖效果，判断对原系统的干扰水平，理论分析引入5G系统后可能造成的干扰，通过合理的频率分配规避干扰等，通过分析评估，保证现有网络性能，避免引入5G系统后，引发对现网的干扰。

地铁场景公网覆盖或改造，一般按照站厅、站台、隧道进行功能分区，针对各功能区特点，采用对应的覆盖或网络改造方案，实现定制化的精准覆盖。如图1所示。

图1：地铁场景主要功能区

地铁场景5G通信网络改造前，需先了解现有站点的网络组网模式，确定是传统室分还是新型室分系统的网络覆盖，接下来，我们就地铁5G网络改造几种方案进行探讨。

3.1 存量站点为传统室分系统的网络改造建议

市区（中心站）：因换乘站人流量较大，建议在站厅和站台区叠加建设一套5G 4T4R分布式皮基站，以满足高价值场景高容量、高业务性能的需求，移动2.6GHz已接入存量室内分布情况下，售票厅、站台等人流密集区域叠加建设5G分布式皮基站时，需特别注意两个系统间的干扰，应在叠加分布式皮基站区域断开传统的室内分布系统。

5G分布式皮基站示意图如图2所示。

图2：5G分布式皮基站示意图

郊区站：相对比较偏远，人流量较小，业务需求较低，建议在站厅和站台区新建一套0.7GHz-3.5GHz频段的双路室内分布系统，降低建设成本，若存量站点天馈系统支持0.8GHz-2.7GHz频段，移动2.6GHz可同时接入存量和新建室内分布系统，实现优于2T2R的业务性能。

3.2 存量站点为新型室分系统的网络改造建议

如存量地铁站点为新型室分系统，可根据原室分系统的设备、配套线缆情况，合理选择合适的5G改造方案。

3.2.1 软件升级方案

如现网设备为分布式皮基站2T2R设备，可以通过软件升级方式，实现2*2MIMO，业务容量低于4T4R方式，该方案工程施工难度最低，仅需新增BBU，投资成本在分布式皮基站的各种改造方式中相对最低。软件升级方案如图3所示。

图3：软件升级方案

3.2.2 替换现网设备方案

如存量站点因安装空间受限、rHUB至pRRU线缆可利旧场景，评估4G网络容量许可，可选择替换已部署设备为5G双频或多频分布式皮基站。替换现网设备如图4所示。

图4：替换现网设备

该解决方案可以利旧原有网线（光电复合缆），满足4G现网容量需求和5G业务发展，投资成本适中。

3.2.3 叠加新增5G分布式皮站

如现网设备施工改造困难且具备空余安装条件的场景，可选择叠加新增一套5G分布式皮基站，该解决方案工程量相当于纯新建一套分布式皮基站，不会对现网4G部署造成影响，可以保证网络性能好，投资成本相对较高。叠加新增5G分布式皮站如图5所示。

图5：叠加新增5G分布式皮站

3.3 隧道区域内5G室分网络改造方案

隧道区是地铁的重点场景，受限于作业的空间和时间，网络改造较为复杂，需结合区间内场景以及客户的投资需求进行改造，推选几种隧道区域网络改造方案。

3.3.1 拆除13/8”漏缆，新建5/4”漏缆解决方案

此解决方案是完全抛开原有网络系统，新建一套系统，适合存量漏缆不支持2.6GHz，存量民用通信系统由地铁公司自己承建，或之前系统归属、租金问题无法协商一致的情况，该方案不用考虑原有开断点的情况，根据隧道内安装空间，选择不同的漏缆数量。

当隧道满足4根漏缆安装空间，可新建4根5/4”全频漏缆，漏缆承载频段为0.8-3.6GHz，同时实现移动、电信、联通5G网络的4T4R传输和通信。如图6所示。

图6：隧道区拆旧并新建4根5/4”全频漏缆

当隧道不满足4根漏缆安装空间，可新建2根5/4”全频漏缆，漏缆承载频段0.8-3.6GHz，同时实现移动、电信、联通5G网络的2T2R传输和通信。如图7所示。

图7：隧道区拆旧新建2根5/4”全频漏缆

以上采用13/8”漏缆替换为新建5/4”漏缆之后，还应依据场强链路预算结果，相应调整开断点的位置。

隧道覆盖场强链路预算表如表1所示。

表1：隧道覆盖场强链路预算表

因运营商均采用100W/通道的5G信源，边缘场强要求RSRP≥-100dBm；
列车时速80km/h，系统切换时长约为1s，需预留45米作为切换带等，通过链路预算，对开断点距离评估，建议开断点间距不超过440m。

从网络的质量对比看，新增4根5/4”全频缆，可以通过合理的频率分配，将组合后会产生较强三阶互调干扰的系统，接入不同的漏缆来规避部分干扰影响，提升网络质量。

四根漏缆场景各系统接入方案建议表如表2所示。

表2：四根漏缆场景各系统接入方案建议表

在空间条件允许情况下，优先推荐4缆方案，不仅实现4T4R，还能有效规避干扰，多两根缆，多了很多频率分配选择方案，通过合理的频率分配，将组合后会产生较强三阶互调干扰的系统，接入不同漏缆来规避部分干扰影响，当然该方案仅能从一定程度上降低部分互调组合干扰，无法规避所有互调组合带来的影响，因此工程建设需严格管控施工工艺水平，提升分布系统互调抑制度指标。

3.3.2 利旧13/8”漏缆，新建2根5/4”漏缆解决方案

保留现网的13/8”漏缆，新建2根5/4”漏缆解决方案实现利旧，这种方案适合隧道区内存量漏缆支持2.6GHz，将移动的5G通过2.6GHz扩展POI接入存量13/8”，新建5/4”漏缆仅承载电信和联通的5G。如图8所示。

图8：移动5G接入存量13/8”，新建5/4”漏缆承载电联5G

从兼顾三家运营商共同利益角度，也可以将移动2.6G也可同时接入新增5/4”漏缆，实现4T4R，与原2/3/4G系统完全独立运行，方案对三家运营商比较公平，可根据运营商的需求进行选择。如图9所示。

图9：各运营商5G信源全部馈入新增5/4”漏缆示意图

该方案利旧了存量13/8”漏缆，节约了成本，同时，尽量利旧原有开断点位置，保证覆盖效果。在实施5G网络改造时，应依据场强链路预算合理做好漏缆选型，通过链路预算，测算出系统允许的最大综合损耗。

隧道覆盖场强链路预算示意如表3所示。

表3：隧道覆盖场强链路预算示意表

基于以上链路预算可以得出，移动2.6GHz为88.3 dBm，电信和联通3.5GHz为89.3 dBm。从而保证5G信源与原信源设备共点位部署。

3.3.3 利旧13/8”漏缆，重耕电信和联通的2.1GHz作为5G频段解决方案

重耕电信、联通的2.1GHz方案最大化利旧存量室分系统，改造工程量小，只需更换POI，将移动2.6GHz和电联2.1GHz信源直接接入原13/8”漏缆，解决地铁场景5G信号从无到有。如图10所示。

图10：移动2.6GHz和电联2.1GHz信源直接接入原13/8”漏缆

由于2.1GHz只有50MHz带宽用于承载5G，且存量室内分布系统上只能实现2T2R，因此业务性能较其它改造方案偏弱，该方案适用于难以协调的线路，或业务需求较低的郊区线路。

地铁场景5G网络改造是一项综合且复杂的工程，本文从网络评估和设计方面提供了几类常见的解决方案，实际工程实施中，网络改造现场详勘是一个非常重要的环节，根据实际情况做好方案变更，确定设计方案和现场情况是否一致，以及辅材型号选型，做好施工人员、材料、器械、仪表、协调等一系列完善的施工准备，合理安排作业计划，确保5G网络改造施工现场的安全以及风险应对。