軌道交通分布系統分析

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摘要:隨著高鐵、地鐵等軌道交通的飛速發展，乘坐地鐵成為大多數人出行的選擇。作為城市的重要交通工具，軌道交通每天的乘客流量很大，尤其是上下班時期，突發話務量特別高，當然除了語音業務的需求外，互聯網時代高速數據業務需求更明顯。如何在隧道保障無線網的有效覆蓋，且避免干擾，提升各系統的性能，采用單通道還是雙通道模式將面臨一個重大選擇。本文從單雙通道建設模式、潛在發展驅動力、多系統干擾分析與措施等多個角度入手，分析了雙通道模式建設的必要性。

關鍵詞:軌道交通;無線網;覆蓋;雙通道;建設策略

目前高鐵和軌道交通建設正在提速。隨著區域經濟的快速發展，城市人口逐漸增多，每天人來人往更加頻繁，帶動了快速便捷的城市軌道交通發展，更多人會選擇軌道交通作為他們日常上下班的工具，在上下班高峰期軌道交通的人流量最多。軌道交通用戶在乘坐的過程中離不開移動通信，在軌道高速、高密度的特殊環境中用戶對通話以及數據業務的要求越來越高，因此此項通信覆蓋系統成為移動通信運營商新的業務增長點。盡快解決軌道交通高密度、高速環境下通信覆蓋難題能夠為通信運營商帶來更多的發展機會［1－3］。根據《中國鐵路中長期發展規劃》，到2020年，為滿足快速增長的旅客運輸需求，建立省會城市及大中城市間的快速客運通道，規劃“四縱四橫”鐵路快速客運通道以及四個城際高速客運系統［4］。高鐵運營里程將會達到3萬公里以上。目前已經開通現代城市軌道交通的城市已有31個，各大中型城市都在積極發展軌道交通，以滿足人們更快捷的出行需求。根據工信息部相關規定交通干線、公共交通重點場所、大型場館、多業主共用商務樓宇、黨政機關等場景必須由鐵塔牽頭建設，多家運營商共享，其他場景室分建設為做強制性要求;在資源共享、杜絕重復建設、節約投資的大背景下，在高鐵建設時期，隧道分布系統的建設，秉承一次投資、后向兼容將是趨勢所在［5－6］。

1室內覆蓋單、雙通道模式

1.1LTE單通道室分LTE單通道室分通常采用RRU信源的1個通道+1套天饋系統實現，天饋系統通過室分單極化天線發射和接收，如圖1所示。1.2LTE雙通道室分LTE雙通道室分通常采用RRU信源的2個通道+2套天饋系統實現，2套系統相同點位采用一副室分雙極化天線或者兩副室分單極化天線實現發射和接收，形成2×2MIMO(Multiple－InputMultiple－Output，多輸入多輸出)組網，如圖2所示。為保證LTE雙通道室分的MIMO性能，在有條件的場景盡量采用10λ以上間距(約為1.4m)，兩副室分單極化天線的間距應保證不低于4λ(約為0.6m)。這里提到的MIMO是LTE網絡的重要特征，基本思想是在發射端、接收端分別采用多根天線同時進行發射和接收，通過空時處理技術，充分利用空間資源，在無需增加頻譜資源和發射功率的條件下，成倍地提升通信系統的容量和可靠性，以提高頻譜利用率，從而獲得更高的數據速率和更好的傳輸品質。其技術優勢體現如下［8－10］:(1)陣列增益:可以提高發射功率和進行波束形成;(2)系統的分集特性:可以改善信道衰落造成的干擾;(3)系統的空間復用增益:構造空間正交的信道，從而成倍地增加數據速率。采用2×2MIMO的小區速率理論值是SIMO的2倍，實測值為SIMO的1.5至1.8倍，目前僅LTE雙通道室分支持MIMO技術［3］。LTE雙通道室分應保證兩通道功率平衡，若兩路功率差異較大，則會降低系統的上行解調能力，影響系統吞吐率，一次新建雙通道，是保障功率平衡的必要手段。對于改造原有一路CDMA室分系統，通過再新建一路的方式，要求雙通道的功率差控制在3～5dB，改造現有分布系統為兩路通道，工程難度大、效果差。

2雙通道模式建設驅動力

2.1容量驅動高鐵在日常生活中已成為人們外出、旅游首先的快捷出行工具，客流量在平日已經相當大，節假日人流量更甚［11－12］。地鐵已經逐漸成為各大中城市出行的主要交通工具，上下班高峰期人流量巨大。在高鐵和地鐵等軌道交通工具上通過移動終端進行網絡接入已經成為人們的習慣，由于單通道數據流量容量相對較小，不能滿足人們的上網需求。而雙通道容量為單通道的1.58倍，更能滿足目前的大多數客流的用網需求。2.2協調、施工難度大高鐵建設時期是進場部署隧道分布系統的最佳時間，若高鐵建成通車后再進場鋪設漏纜，存在協調難度大，施工時間受限，施工難度大等問題，對鐵路公司的協調基本無法完成，考慮到民用通信技術更新換代比較頻繁，且用戶的需求不斷增加，因此建議一次性完成雙通道建設，便于滿足目前的需求以及未來網絡發展的需求。2.3技術發展驅動5G技術發展迅速，在北京懷柔，中國已建成全球最大的5G試驗網。各大運營商也在積極推動5G試驗網的擴大建設，5G發展進一步加速，有望2020年正式商用。5G網絡作為第五代移動通信網絡，其最高理論傳輸速度可達每秒數十Gb，這比4G網絡的傳輸速度快數十上百倍。而傳統單通道組網簡單，干擾較大，不利于后期5G信號的接入。以雙通道模式來進行網絡部署，適應技術發展需求就成了必然［13－14］。

3多系統干擾分析與措施

由于高鐵、地鐵等軌道交通部署一般是多家運營商共同建設，目前三家運營商共12個系統，其中電信接入3個系統，聯通接入3個系統，移動6個系統。由于多個系統的共同存在，在分布系統的建設和使用過程中，通常主要存在以下幾種干擾:同、鄰頻干擾，雜散干擾，接收機阻塞干擾，接收機互調干擾。為了盡量減少干擾的影響，并保證足夠的收發隔離度，一方面使用高品質器件以及在POI內加濾波器增加電路隔離，POI隔離需滿足互調抑制≤－150dBc。另一方面發射天線與接收天線分開，增加空間隔離。3.1移動E頻段組合干擾包含移動GSM900，DCS1800，TD－LTE2300;聯通SDR(DCS1800、FDD1800)，聯通WCDMA2100;電信CDMA800，FDD2100，FDD1800(預留)。電信LTE1.8G(1860～1880)與電信LTE2.1G(2110～2125)的三階互調對移動TD－LTE2.3G(E頻段)高頻部分(2360～2370)影響嚴重。E頻段組合主要應用于站廳，為實現雙通道覆蓋，可通過以下措施解決互調干擾。解決措施一:電信只開啟FDD2100頻段，則全系統無明顯干擾，可利用雙纜進行MIMO部署。解決措施二:電信同時開啟FDD2100和FDD1800頻段，移動E頻段需工作在2320－2340頻段，可避免三階互調干擾，可利用雙纜進行MIMO部署。3.2移動F頻段組合干擾包含移動GSM900，DCS1800，TD－LTE1900;聯通SDR(DCS1800、FDD1800)，聯通WCDMA2100;電信CDMA800，FDD2100，FDD1800(預留)。移動TD－LTE1.8G(F頻段)與聯通LTE1.8G(1840～1860)組合三階互調對聯通WCDMA上行及移動TD－LTE1.8G(F頻段)自身影響嚴重。聯通LTE1.8G(1840～1860)與電信LTE1.8G(1860－1880)組合三階互調對移動F頻段有輕微影響。解決措施一:無法通過關閉系統或移頻解決，只能通過上下行分纜解決。解決措施二:可通過不啟用電信FDD1800系統解決，如需開啟通過上下行分纜解決。解決多系統干擾問題，是對每家運營商、每個系統有利的做法，也考慮到未來多系統、多制式發展做法，增加了分布系統的擴展性、兼容性。

4結束語

綜上所述，一次性建設雙路漏纜覆蓋高鐵、地鐵等軌道交通隧道、站廳、站臺，是代表目前民用通信未來發展的主流思路，也是保持領先、適應用戶發展需求、實現信息化大國夢的可持續發展思路。

作者:郭正平 楊慧 羅康寧  單位:中國鐵塔股份有限公司四川省分公司