地铁隧道区间5G覆盖方案实践

庄炎泉

中国电信股份有限公司厦门分公司，福建厦门，361003

0 引言

2021年6月25日，厦门地铁3号线（厦门火车站至蔡厝车站段）开通运营。厦门地铁从双线交汇跨入3条线网络化运营时代。地铁因其高效的运输能力，已经成为人口高密集度的大城市必不可少的出行交通工具，随着厦门地铁网络的逐渐扩大，越来越多的人选择地铁出行，对无线网络的需求也逐渐增多。如何优质、高效地实现新建或存量地铁线路的5G信号覆盖，成为一个新的课题。

在2021年之前厦门已建的存量1号、2号地铁线的隧洞区间主要采用传统的泄漏电缆部署方式实现4G-LTE覆盖，此种覆盖方式有良好的信号稳定性，但受漏缆系统高建造成本及厦门B型车地铁隧道区间的洞壁空间限制，厦门轨道方在地铁1/2/3号线上均采用提供两条泄漏电缆供运营商接入的建设方式。该方式只能实现2T2R的收发模式，大大限制了5G设备的性能发挥，也将严重影响未来5G-NR规模发展后用户对高速率流量的接入体验[1]。

厦门地铁3号线13/8"漏缆建设方案需引入5G-NR覆盖时轨道方已完成公开招标，无法再临时调整为5/4"漏缆方案。为了解决上述困境，只能放弃漏缆优化方案，通过部署mTR的AAU或RRU+引入窄波束4T4R贴壁天线的模式，实现4T4R的收发模式，在隧洞典型500米站间距下，隧道场景天线到达末端位置传播损耗虽略高于泄漏电缆，但通过优化基站设备选型并适当在弯道区域增补点位，可以实现不逊于4G-LTE通过漏缆方案达成的覆盖水准，且此方式比漏缆方案上行互调干扰低，也可减少潜在的频率干扰问题。

综合上述覆盖方案的对比分析，最终确定采用5G（3.5G）8T8R设备结合新型5G隧道4T4R贴壁天线，通过与轨道方充分沟通对接，在满足安装安全性的前提下，利用缆线间的空间进行贴壁天线安装建设，而在地铁线的弯道部分通过新增点位，来补充原方案上覆盖薄弱点，解决此次的地铁3号线隧道场景的5G部署难题，降低综合造价，提升覆盖效果及用户接入能力。

1 概述及该部署方案主要创新价值

本文主要论述在厦门创新运用新型5 G（3.5G）8T8R RRU设备结合新型5G隧道4T4R贴壁天线技术进行地铁隧道区间的5G-NR覆盖方案的部署实践，探究B型车地铁隧道区间的布线空间限制下，摆脱对传统漏缆覆盖方案的依赖，通过对基站配套条件进行优化，对新型5G（3.5G）8T8R设备结合新型5G隧道4T4R贴壁天线进行部署探索，实现支持终端4T4R收发能力的5G网络部署方法。

此方案可推广复用于其他城市的B型车隧洞地铁线的5G-NR部署，亦可用于厦门地铁1/2号或其他城市存量B型车隧洞地铁线的隧洞区间5G升级改造。

2 原规划的隧洞区间传统漏缆覆盖方案

传统方案隧道内信号采用漏泄同轴电缆（LCX）覆盖方式，在隧道内沿隧道壁敷设漏缆，借助漏缆对信号的漏泄原理进行隧道信号场强覆盖。运营商的3G/4G/5G均可通过POI合路器合路该系统，从而实现无线覆盖。地铁线的无线网络覆盖重点首先是隧洞区间的信号覆盖，因其空间比较狭窄，特别是当列车经过时，被列车填充后所剩余的空间很小，这时无线传播与没有列车通过时差别较大，列车过处对信号传播会有较大的影响。当列车高速通过隧道时，会在隧道内形成很大的风压，为保证车厢内信号接收稳定以及列车的行车安全，根据隧道的具体情况一般都采用泄漏电缆的方式进行覆盖[2]。隧洞区间采用传统漏缆覆盖的地铁线覆盖方案示意图如图1所示。

图1 隧洞区间采用传统漏缆覆盖的地铁线覆盖方案示意图

3 在既有规划覆盖方案上优化叠加5G-NR覆盖方案

轨道方敷设3号线的13/8"漏缆（含存量1/2号地铁线）最大截止频率2.7～2.8GHz，无法支持电信的3.5GHz频段5G-NR接入，且隧道壁空间已无法继续增设3.5GHz频段可用的5/4"漏缆；即便替换引入5/4"漏缆，因其损耗大、要求断点间距近，导致耗费设备多。另外，轨道方前期规划设计对接进行招标时因运营商均尚未明确5G的覆盖需求，因此3号线的（含存量1/2号地铁线）POI不支持3.5GHz频段。因此，隧洞区间的5G覆盖需求，电信无法依托现有漏缆系统，需另行考虑，最终采用隧道天面覆盖方案（经综合考虑后，本次工程5G站间距设置与4G相同，即为450m），即针对原有4G-LTE覆盖方案的配套资源条件进行优化整合，最终通过附墙安装背靠背方式的4T4R贴壁天线完成地铁隧道区间（含左线隧道和右线隧道）3.5GHz频段5G-NR覆盖，针对跨海段长距离隧道区间增补规划12个点位完善连续覆盖[3]。隧道天面方案示意图如图2所示。

图2 隧道天面方案示意图

3.1 技术简介

3.1.1 基站射频设备简介

方案明确后，针对厂家的研发新品进行交流选型，刚好厂家的8T8R（3.5G）RRU新品上线，经过试点验证，效果满足覆盖及容量需求可行性，确定在厦门地铁3号线上使用8T8R RRU+隧道贴壁天线设备进行创新应用。此种组合可通用于针对隧道的5G覆盖场景，在提升覆盖能力的同时降低改造难度和节省成本。8T8R（3.5G）RRU设备主要技术参数如图3所示。

图3 8T8R（3.5G）RRU 设备主要技术参数

3.1.2 新型5G（3.5G）4T4R隧道贴壁天线简介

鉴于本次规划针对的地铁覆盖场景为隧洞区间场景，场景特点为：设备安装位置受限，安全性要求高，隧道内空间狭小，形成封闭环境，室外信号损耗严重。故本次覆盖拟选用专门开发适用于此类场景的新型5G（3.5G）4T4R隧道贴壁天线，该天线有以下特点：天线增益达14dBi以上，有效克服高频损耗问题，降低建设成本；四通道设计，支持3.5G 4T4R接入，提升覆盖能力与网络容量；采用流线型外罩设计，贴壁安装，有效减小风载荷，提高设备安全等级。新型5G（3.5G）4T4R隧道贴壁天线主要技术参数如图4所示。

图4 新型5G（3.5G）4T4R 隧道贴壁天线主要技术参数

3.2 5G地铁漏缆/天线覆盖能力分析

针对隧洞区间的5G地铁漏缆/天线不同覆盖方案进行传播模型能力分析，得到漏缆和天线方案均可满足500m站间距对边缘速率支持的依据。

3.3 集源隧道试点

因需要在地铁3号线进场前完成方案的试点验证，因此在厦门本地选取了一条全长1070m的公路隧道作为此次地铁隧道方案的试点，在隧道内部署两个5G点位，每个点位通过1台5G（3.5G）8T8R设备连接5G（3.5G）4T4R贴壁天线，分别覆盖隧道两侧，实现四流覆盖，使得速率翻倍。试点验证了该方案的可实施性，并测试验证满足规划要求[4]。

3.4 创新应用

经过集源隧道试点验证后，在地铁3号线内正式引入此方案，即天线设备采用4T4R隧道贴壁天线，将5G（3.5G）8T8R RRU设备的八根射频端口经馈线分别接至两个4端口天线，一个逻辑小区由两个4端口天线组成。隧洞覆盖示意图如图5所示。

图5 地铁隧道覆盖示意图

5G地铁漏缆/天线覆盖能力对比分析：漏缆和天线方案均可满足500m站间距。考虑到轨道方对配套的租赁费用分摊采用按各运营商使用的设备RRU数等比例分担的方式，因此以1台1.8G/2.1G的4T4R双模设备替代原来的1台1.8G RRU+1台2.1G RRU，节约配套资源供3.5G 5G RRU使用。具体隧道区间的5G设备与贴壁天线实物安装连接情况如图6所示。

图6 地铁隧道覆盖实物安装图

4 建成后覆盖效果验证

本方案完成建设后，地铁3号线已全线覆盖4G/5G信号，经测试，5G-NR网络出入口切换成功率、PCI、EPSFB接通率等指标均为100%，RSRP均值为-77.47dBm，下载速率均值为821Mbps，上传速率均值为202Mbps。达到建设预期效果。

5 该部署方案的优点与可复制性

该种5G站点部署方式相较漏缆方式覆盖成本低、风阻小、安全性高、安装速度快。它可应用于地铁隧洞场景中的新建5G覆盖或存量地铁线的5G改造，由于该方案对新增配套投资要求小，不影响原有3G/4G覆盖系统，且可以不受限于原有3G/4G漏缆系统的2T2R约束，实现4T4R的网络能力，可以有效提升5G网络接入体验，加快完成新建或存量地铁线的5G基站的建设投产周期[5]。

6 结语

厦门地铁3号线采用5G-NR（3.5G）8T8R RRU+新型5G（3.5G）4T4R隧道贴壁天线新型隧洞区间覆盖方式建设，相比传统漏缆解决方案施工简单，难度低，且可大幅降低设备及施工费等建设成本，同时缩短施工周期。如果在4G-LTE上亦采用此方式即可完全替代漏缆的覆盖建设。通过本案例验证测试，站点采用8通道RRU连接安装隧道壁背靠背双向覆盖的天线，一个站点覆盖距离达500m以上。