论地铁商用移动通信系统的引入及覆盖
时间：2020-11-22 08:00:08 来源：达达文档网 本文已影响 人 
李瀛生
摘 要 近年来城市轨道交通建设如火如荼，伴随着移动用户的普及率愈来愈高，将公用移动通信引入轨道交通，是提高轨道交通运营部门服务质量的一个重要环节。商用移动通信系统引入是利用多种室内分布方式将信号源的信号分布在轨道交通内每个区域，并保证这些区域拥有理想的信号覆盖。
关键词 地铁 移动通信 覆盖方案
随着通信行业的飞速发展，无线移动电话的使用越来越广泛，为了保证地铁能够为乘客提供全方位的服务，地铁建设方将考虑商用无线信号的引入。
1 系统功能
1.1 业务需求及覆盖范围
中国移动：GSM900通信系统；
DCS1800通信系统；
TD-SCDMA通信系统
中国电信：CDMA 800 通信系统；
CDMA 2000 通信系统
中国联通：GSM 900MHz通信系统；
DCS 1800MHz通信系统；
WCDMA通信系统
DVB-T数字移动电视信号。
移动电话引入系统覆盖范围如下：
（1）地下车站的站台层、地下正线隧道区间、站厅层、主要设备用房区、人行通道；
（2）换乘车站的换乘通道、换乘厅；
（3）车站主体内同期建设的商业开发区域。
1.2 覆盖要求
根据地铁环境和实际用户使用情况，在地铁内人流最多的区域主要是站台公共区域、站厅公共区域、换乘通道、出入口及隧道正线区间，在办公区域、设备区域人流较少。根据用户分布情况，覆盖指标要求如下：
在隧道正线区间覆盖范围内95%以上区域GSM、CDMA和3G的信号强度≥-85dBm。
在站厅、站台、换乘厅、换乘通道等公共区域95%以上区域GSM、CDMA和3G的信号强度≥-85dBm；
在设备区、办公区等90%以上区域GSM、CDMA和3G的信号强度≥-85dBm；
出入口通道向内方向信号在5-15m范围内不低于-85dBm。
1.3 覆盖室外泄漏要求
对于GSM系统，出入口泄漏到外的信号强度在出入口各个方向10m处覆盖系统电平低于-90dBm；
对于CDMA系统，出入口泄漏到外的信号强度在出入口各个方向3m处EC值（码片能量）小于-95dBm。
1.4 干扰与噪声
同频干扰保护比：C/I（载波/干扰）≥12dB；
基站接收端GSM/DCS1800的上行引入噪声≤-120dBm/200KHZ。
基站接收端CDMA的上行引入噪声≤-107dBm/1.25MHZ；
1.5 其它
要求各种无线信号共用同一套地铁覆盖系统时，无线信号相互之间的干扰不影响其它系统工作性能。输出到Tx天线端口的射频功率不大于15dBm/载波。根据国家环境电磁波卫生标准，办公区域一级标准（10w/cm2），站台、站厅、商场及隧道内达到二级标准（40w/cm2）。
2 系统方案及比选
地铁工程无线信号引入和覆盖系统的范围为地下车站（包括站台、站厅、设备层、办公区域、人流通道及换乘厅）和地铁隧道区间，隧道区间的覆盖需要满足能为车厢内乘客提供随时随地的无线通信业务服务；
车辆段、停车场及地面车站及线路已在运营商地面无线网络的覆盖范围之内，暂不考虑。工程需要覆盖的信号包括当今无线通信领域的所有新旧业务。所以，要求本系统是一个“全覆盖、无缝、宽频段、能提供多业务”的无线信号引入及覆盖工程。
2.1 总体方案
各运营商在地铁各地下站的通信机房设置信号源设备，本文主要考虑地下车站和隧道的无线覆盖分布式系统。移动运营商的基站设置在各个地铁车站的商用通信设备室内，而每个移动运营商基站的基带信号可由某站一点或两点引入，也可从各个车站分散引入。分散引入可以不占用地铁的传输通道，但不便于管理，且占用大量运营商传输资源，施工难度较大。所以选择集中一点引入方式较易实施。在控制中心引入运营商2G及3G移动通信信号，通过传输系统提供的2M通道和车站设置的POI设备延伸覆盖至全线地下空间。
2.2 覆盖方案
（1）隧道信号覆盖
隧道内信号覆盖主要是为了车厢内乘客提供无线业务服务，可以采用两种方式覆盖，一种是利用无源小天线覆盖方式，一种是利用宽频泄漏同轴电缆（LCX）覆盖方式。
天线覆盖方式是在隧道内采用同轴馈线无源分布天线，每隔一定距离就设置一个天线，覆盖一定的隧道区域。这种方式设计灵活，价格相对较低，安装较方便。但由于是隧道区域，空间较狭窄，空间波信号在隧道中传播会产生隧道效应，特别是列车通过时，会对电波产生很大的阻挡衰落，还会导致信号覆盖极不均匀。结合工程区间长，空间狭窄等特点，隧道内不采用天线方式覆盖。
泄漏同轴电缆（LCX）隧道覆盖方式，是在隧道内沿隧道壁敷设漏缆，借助漏缆对信号的泄漏原理来进行隧道信号场强覆盖，相对于分布天线覆盖来说，有如下优点：
①可以很好克服由于列车通过而产生的阻挡衰落；
②信号波动范围减少，信号在各个地方的分布较均匀，起到较好覆盖效果；
③多种不同的无线通信系统可以共享同一漏缆，可以省去架设多个天线的麻烦。④可以生产出在特定频段上有较好性能的漏缆，采用特定的开槽、开孔方式，来提高漏缆的性能。
基于以上比较，隧道内采用宽带泄漏同轴电缆方式进行覆盖为最佳方案。
无线信号在隧道漏泄电缆的信号辐射方式可采用两种方式：一是上下行信号同缆辐射；
二是上下行信号分缆辐射。采用同缆辐射方式与分缆辐射方式比较，可节省一半的漏泄电缆工程投资和施工量。但根据目前无线信号工作频段的分配，特别是GSM 和CDMA 系统工作频段，当采用同缆辐射方式时，不仅由于元器件的原因会产生三阶互调，而且可产生较为严重的二阶干扰（1800MHz频段和900MHz频段）。同时，中国联通CDMA800系统的下行频段和中国移动GSM900的上行频段仅相差5MHz间隔，若同缆设置很容易产生CDMA800对GSM900的带外杂散干扰。所以，为了保证系统的可靠性，系统上行链路和下行链路各采用一条漏泄电缆，并距离一定距离（30cm以上），满足隔离度要求。
为保证信号以最小的损耗馈入车厢，泄漏电缆的架设高度宜和车窗平行，信号通过车窗，以较少损耗到达用户。同时，为保证与TETRA专用无线系统之间的隔离度，泄漏电缆和TETRA专用无线系统用的泄漏电缆的距离应大于0.4m为宜。
（2）站厅、站台、人流通道和换乘厅信号覆盖
站厅、设备层、办公区域、人流通道和换乘厅的信号分布覆盖可以采用漏泄电缆和无源小天线两种方式。采用漏泄电缆方式在保证通信的传输质量和信号覆盖稳定的基础上，可较为容易控制信号的均匀分布，但存在造价较高、施工难度较大的缺点。而在车站站厅、人流通道和换乘厅等处使用比较经济的无源小天线覆盖也可以达到覆盖质量要求，且具有降低造价、便于施工等特点。
在考虑使用效果和造价的基础上，站厅、人流通道和换乘厅这些区域推荐采用天线覆盖方式，合理规划天线布局，完成对地铁站厅、人流通道和换乘厅的完整覆盖。
（3）站台信号覆盖
各车站站台类型均为岛式站台，由于形状较规则，宽度较窄，包括两边的轨道线路，其宽度均不超过20米。所以，如果在隧道外墙车顶上方有足够的空间敷设本工程漏缆，则考虑站台和隧道一起采用泄漏同轴电缆方式覆盖，否则为保证信号平滑和稳定，站台也采用同轴分布式小天线加强信号覆盖。
2.3 中继设备的选择
由于在隧道内CDMA800、GSM900与 DCS1800、3G的传输损耗差别很大，不同系统基站能量可以满足覆盖距离不同，对较长的隧道区间需要增加放大器对信号进行中继放大，以保证隧道区间的通信质量。
目前，非3G系统在需要设置放大器的隧道区间，可采用两种信号中继放大方式，分别为光纤直放站方式和射频干线放大器方式。
光纤直放站方式能很好的控制系统上行噪声，同时，光纤直放站的射频信号可以双方向传递，其中继的距离约是射频干线放大器的1.7倍。采用干线放大器只能向一个方向传递，中继距离短。在超长区间，若采用射频干线放大器，需要多个放大器级联才能满足覆盖要求，当隧道内采用两级以上干线放大器级联时，会使上行噪声指标恶化。因此，非3G系统在超过2公里的较长隧道区间采用光纤直放站方式进行信号中继是首选方案。
3G区间放大可以采用两种方式：采用光纤直放站放大和RRU放大两种。光纤直放站放大需要在机房设置直放站近端机，将基站射频信号耦合经过电光转换成光信号，在区间设置直放站远端机，经过光电转换将光信号转换成电信号，并经信号放大延伸对区间的覆盖。RRU放大方式是在区间设置RRU射频拉远单元，RRU属于基站一部分，它通过标准接口及光纤传输将基站基带信号传输到区间，经过基带信号处理及数模变化、上变频及滤波后转换成射频信号，并经信号放大延伸对区间覆盖。
以上两种方式均能实现对区间的延伸覆盖，均能满足地铁覆盖要求，但各有优缺点。
RRU属于基站一部分，可由基站厂家提供，配套性好，便于运营商网络维护管理，但对招标存在一定限制。光纤直放站采用射频信号直接电/光转换，远距离传输后光/电转换直接放大，会引入更多的底噪声，从而抬升上行噪声。而RRU传输的为纯基带信号，几乎不产生底噪，不影响信号质量。基站可以依据RRU覆盖范围内用户使用情况，实时调整各RRU射频功率，调节基站覆盖范围及容量。
基于以上比较，推荐3G区间放大器采用RRU方式作为主选方案、光纤直放站方式作为备选方案。
三、结束语
地铁建设中商用移动通信系统的引入与覆盖，需要对业务需求、覆盖范围、覆盖要求、干扰与噪声等多种因素加以综合分析，在考虑使用效果与造价的基础上，选择适合的方式予以覆盖，求得经济与技术的最佳结合。在建设与使用过程中，针对实际效果，不断进行优化与完善，总结经验，以指导今后地铁工程的实施。
参 考 文 献
[1] 陶孟华. 在地铁中建设3G移动通信系统的研究 《铁道工程学报》2009年第10期
[2] 王寿国. 地铁移动无线网络系统的服务质量研究 南京航空航天大学2008.01.01
[3] 徐林华. 地铁中的移动通信系统. 《邮电设计技术》 1999年第6期
