地鐵隧道區間5G覆蓋方案實踐

莊炎泉

中國電信股份有限公司廈門分公司，福建廈門，361003

0 引言

2021年6月25日，廈門地鐵3號線（廈門火車站至蔡厝車站段）開通運營。廈門地鐵從雙線交匯跨入3條線網絡化運營時代。地鐵因其高效的運輸能力，已經成為人口高密集度的大城市必不可少的出行交通工具，隨著廈門地鐵網絡的逐漸擴大，越來越多的人選擇地鐵出行，對無線網絡的需求也逐漸增多。如何優質、高效地實現新建或存量地鐵線路的5G信號覆蓋，成為一個新的課題。

在2021年之前廈門已建的存量1號、2號地鐵線的隧洞區間主要采用傳統的泄漏電纜部署方式實現4G-LTE覆蓋，此種覆蓋方式有良好的信號穩定性，但受漏纜系統高建造成本及廈門B型車地鐵隧道區間的洞壁空間限制，廈門軌道方在地鐵1/2/3號線上均采用提供兩條泄漏電纜供運營商接入的建設方式。該方式只能實現2T2R的收發模式，大大限制了5G設備的性能發揮，也將嚴重影響未來5G-NR規模發展后用戶對高速率流量的接入體驗[1]。

廈門地鐵3號線13/8"漏纜建設方案需引入5G-NR覆蓋時軌道方已完成公開招標，無法再臨時調整為5/4"漏纜方案。為了解決上述困境，只能放棄漏纜優化方案，通過部署mTR的AAU或RRU+引入窄波束4T4R貼壁天線的模式，實現4T4R的收發模式，在隧洞典型500米站間距下，隧道場景天線到達末端位置傳播損耗雖略高于泄漏電纜，但通過優化基站設備選型并適當在彎道區域增補點位，可以實現不遜于4G-LTE通過漏纜方案達成的覆蓋水準，且此方式比漏纜方案上行互調干擾低，也可減少潛在的頻率干擾問題。

綜合上述覆蓋方案的對比分析，最終確定采用5G（3.5G）8T8R設備結合新型5G隧道4T4R貼壁天線，通過與軌道方充分溝通對接，在滿足安裝安全性的前提下，利用纜線間的空間進行貼壁天線安裝建設，而在地鐵線的彎道部分通過新增點位，來補充原方案上覆蓋薄弱點，解決此次的地鐵3號線隧道場景的5G部署難題，降低綜合造價，提升覆蓋效果及用戶接入能力。

1 概述及該部署方案主要創新價值

本文主要論述在廈門創新運用新型5 G（3.5G）8T8R RRU設備結合新型5G隧道4T4R貼壁天線技術進行地鐵隧道區間的5G-NR覆蓋方案的部署實踐，探究B型車地鐵隧道區間的布線空間限制下，擺脫對傳統漏纜覆蓋方案的依賴，通過對基站配套條件進行優化，對新型5G（3.5G）8T8R設備結合新型5G隧道4T4R貼壁天線進行部署探索，實現支持終端4T4R收發能力的5G網絡部署方法。

此方案可推廣復用于其他城市的B型車隧洞地鐵線的5G-NR部署，亦可用于廈門地鐵1/2號或其他城市存量B型車隧洞地鐵線的隧洞區間5G升級改造。

2 原規劃的隧洞區間傳統漏纜覆蓋方案

傳統方案隧道內信號采用漏泄同軸電纜（LCX）覆蓋方式，在隧道內沿隧道壁敷設漏纜，借助漏纜對信號的漏泄原理進行隧道信號場強覆蓋。運營商的3G/4G/5G均可通過POI合路器合路該系統，從而實現無線覆蓋。地鐵線的無線網絡覆蓋重點首先是隧洞區間的信號覆蓋，因其空間比較狹窄，特別是當列車經過時，被列車填充后所剩余的空間很小，這時無線傳播與沒有列車通過時差別較大，列車過處對信號傳播會有較大的影響。當列車高速通過隧道時，會在隧道內形成很大的風壓，為保證車廂內信號接收穩定以及列車的行車安全，根據隧道的具體情況一般都采用泄漏電纜的方式進行覆蓋[2]。隧洞區間采用傳統漏纜覆蓋的地鐵線覆蓋方案示意圖如圖1所示。

圖1 隧洞區間采用傳統漏纜覆蓋的地鐵線覆蓋方案示意圖

3 在既有規劃覆蓋方案上優化疊加5G-NR覆蓋方案

軌道方敷設3號線的13/8"漏纜（含存量1/2號地鐵線）最大截止頻率2.7～2.8GHz，無法支持電信的3.5GHz頻段5G-NR接入，且隧道壁空間已無法繼續增設3.5GHz頻段可用的5/4"漏纜；即便替換引入5/4"漏纜，因其損耗大、要求斷點間距近，導致耗費設備多。另外，軌道方前期規劃設計對接進行招標時因運營商均尚未明確5G的覆蓋需求，因此3號線的（含存量1/2號地鐵線）POI不支持3.5GHz頻段。因此，隧洞區間的5G覆蓋需求，電信無法依托現有漏纜系統，需另行考慮，最終采用隧道天面覆蓋方案（經綜合考慮后，本次工程5G站間距設置與4G相同，即為450m），即針對原有4G-LTE覆蓋方案的配套資源條件進行優化整合，最終通過附墻安裝背靠背方式的4T4R貼壁天線完成地鐵隧道區間（含左線隧道和右線隧道）3.5GHz頻段5G-NR覆蓋，針對跨海段長距離隧道區間增補規劃12個點位完善連續覆蓋[3]。隧道天面方案示意圖如圖2所示。

圖2 隧道天面方案示意圖

3.1 技術簡介

3.1.1 基站射頻設備簡介

方案明確后，針對廠家的研發新品進行交流選型，剛好廠家的8T8R（3.5G）RRU新品上線，經過試點驗證，效果滿足覆蓋及容量需求可行性，確定在廈門地鐵3號線上使用8T8R RRU+隧道貼壁天線設備進行創新應用。此種組合可通用于針對隧道的5G覆蓋場景，在提升覆蓋能力的同時降低改造難度和節省成本。8T8R（3.5G）RRU設備主要技術參數如圖3所示。

圖3 8T8R（3.5G）RRU 設備主要技術參數

3.1.2 新型5G（3.5G）4T4R隧道貼壁天線簡介

鑒于本次規劃針對的地鐵覆蓋場景為隧洞區間場景，場景特點為：設備安裝位置受限，安全性要求高，隧道內空間狹小，形成封閉環境，室外信號損耗嚴重。故本次覆蓋擬選用專門開發適用于此類場景的新型5G（3.5G）4T4R隧道貼壁天線，該天線有以下特點：天線增益達14dBi以上，有效克服高頻損耗問題，降低建設成本；四通道設計，支持3.5G 4T4R接入，提升覆蓋能力與網絡容量；采用流線型外罩設計，貼壁安裝，有效減小風載荷，提高設備安全等級。新型5G（3.5G）4T4R隧道貼壁天線主要技術參數如圖4所示。

圖4 新型5G（3.5G）4T4R 隧道貼壁天線主要技術參數

3.2 5G地鐵漏纜/天線覆蓋能力分析

針對隧洞區間的5G地鐵漏纜/天線不同覆蓋方案進行傳播模型能力分析，得到漏纜和天線方案均可滿足500m站間距對邊緣速率支持的依據。

3.3 集源隧道試點

因需要在地鐵3號線進場前完成方案的試點驗證，因此在廈門本地選取了一條全長1070m的公路隧道作為此次地鐵隧道方案的試點，在隧道內部署兩個5G點位，每個點位通過1臺5G（3.5G）8T8R設備連接5G（3.5G）4T4R貼壁天線，分別覆蓋隧道兩側，實現四流覆蓋，使得速率翻倍。試點驗證了該方案的可實施性，并測試驗證滿足規劃要求[4]。

3.4 創新應用

經過集源隧道試點驗證后，在地鐵3號線內正式引入此方案，即天線設備采用4T4R隧道貼壁天線，將5G（3.5G）8T8R RRU設備的八根射頻端口經饋線分別接至兩個4端口天線，一個邏輯小區由兩個4端口天線組成。隧洞覆蓋示意圖如圖5所示。

圖5 地鐵隧道覆蓋示意圖

5G地鐵漏纜/天線覆蓋能力對比分析：漏纜和天線方案均可滿足500m站間距?？紤]到軌道方對配套的租賃費用分攤采用按各運營商使用的設備RRU數等比例分擔的方式，因此以1臺1.8G/2.1G的4T4R雙模設備替代原來的1臺1.8G RRU+1臺2.1G RRU，節約配套資源供3.5G 5G RRU使用。具體隧道區間的5G設備與貼壁天線實物安裝連接情況如圖6所示。

圖6 地鐵隧道覆蓋實物安裝圖

4 建成后覆蓋效果驗證

本方案完成建設后，地鐵3號線已全線覆蓋4G/5G信號，經測試，5G-NR網絡出入口切換成功率、PCI、EPSFB接通率等指標均為100%，RSRP均值為-77.47dBm，下載速率均值為821Mbps，上傳速率均值為202Mbps。達到建設預期效果。

5 該部署方案的優點與可復制性

該種5G站點部署方式相較漏纜方式覆蓋成本低、風阻小、安全性高、安裝速度快。它可應用于地鐵隧洞場景中的新建5G覆蓋或存量地鐵線的5G改造，由于該方案對新增配套投資要求小，不影響原有3G/4G覆蓋系統，且可以不受限于原有3G/4G漏纜系統的2T2R約束，實現4T4R的網絡能力，可以有效提升5G網絡接入體驗，加快完成新建或存量地鐵線的5G基站的建設投產周期[5]。

6 結語

廈門地鐵3號線采用5G-NR（3.5G）8T8R RRU+新型5G（3.5G）4T4R隧道貼壁天線新型隧洞區間覆蓋方式建設，相比傳統漏纜解決方案施工簡單，難度低，且可大幅降低設備及施工費等建設成本，同時縮短施工周期。如果在4G-LTE上亦采用此方式即可完全替代漏纜的覆蓋建設。通過本案例驗證測試，站點采用8通道RRU連接安裝隧道壁背靠背雙向覆蓋的天線，一個站點覆蓋距離達500m以上。