地铁隧道5G创新方案的实践和探讨.pdf
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1、1引言地铁场景覆盖在运营商的室内分布系统工程中具有较大的经济效益和较强的社会影响力,其中地铁场景的5G网络质量影响着通信运营商的口碑,关乎城市的品牌形象,因此地铁应用场景中5G无线网络覆盖的地位和意义极为重要。根据无线传播环境和业务需求特点的不同,可将地铁场景分为站台站厅区、机房与办公区以及隧道区3种子场景1。由于隧道区5G改造难度大,很多城市已通车运营的地铁既有隧道仍未全部实现5G覆盖。25G改造存在的问题2.1原漏缆频段不支持,隧道空间资源不足根据工信部频率使用许可,四大运营商承载5G网络的频 段 分 别 为:中 国 移 动 获 取 2.6GHz 频 段(25152675MHz)、4.9G
2、Hz 频段(48004900MHz),中国联通获取 3.5GHz 频段(35003600MHz),中国电信获取 3.5GHz频 段(34003500MHz),中 国 广 电 获 取 4.9GHz 频 段(49005000MHz)和低频段700MHz。目前地铁车站室内无源室分系统所使用的无源器件都不支持2700MHz以上频段,既有隧道内使用的13/8漏缆仅支持8002700MHz接入,故只能满足移动2.6GHz频段的网络接入,无法很好地支持电联3.5GHz频段的接入。即使采用大功率3.5GHz RRU(使用大功率RRU可以避免漏缆开段距离不变动)进行简单合路,也会因为缆线不支持的原因,造成损耗较
3、高,影响连续覆盖效果2-3。既有隧道内壁不仅已部署民用通信系统漏缆外,还部署了多条地铁专用通信系统的漏缆,两者间需保持一定的隔离度防止干扰,因此既有隧道内可供新布放漏缆的空间资源极为匮乏4。2.2传统方案建设成本高根据历史建设经验,传统RRU+漏缆覆盖方案工程量大,人工消耗大,且隧道内使用主设备信源和附属配件数量多,建设成本高。即使在既有隧道内新布放5/4漏缆专门用于承载5G网络,以当前的漏缆技术,也无法满足后续中国移动4.9GHz频段的直接馈入,后续势必会造成重复投资,不利于节约建设成本。2.3传统方案施工难度大,工期长在已通车运营的地铁既有隧道内施工,通常只能申请夜间施工,每次作业时间只有
4、23小时,不仅要对每区间的漏缆进行搬迁、敷设,还需完成对RRU、POI等设备的安装、调试等工作,工程复杂、难度大且工期较长。因此,为提高既有隧道的5G改造效率,针对上述存在的问题,某一线城市移动公司联合电信、联通、铁塔公司,统筹在3号线“正师-岗前”的既有隧道区间采用5G创新方案进行试点,以验证方案的可行性和经济实用性。35G创新方案简介3.1工作原理5G创新方案主要由主设备信源+集约化近端单元+集约化远端单元+隧道专用贴壁天线组成,实现一套设备将2.6GHz(D频+5G NR,160MHz带宽)和3.5GHz(200MHz收稿日期:2023年7月2日;修回日期:2023年9月22日地铁隧道5
5、G创新方案的实践和探讨万永亮中电科普天科技股份有限公司,广东广州 510310摘要:地铁5G覆盖的难点在于地铁隧道,过去地铁隧道覆盖一般采用RRU+漏缆等传统覆盖方案,但传统方案普遍存在建设成本高,施工周期长等问题。基于传统方案问题,提出了在地铁隧道内引入一种5G创新方案的思路,通过总结工程试点效果,为在5G改造难度大的地铁隧道场景提供经验借鉴。关键词:地铁隧道;5G改造;集约化设备中图分类号:TN929.5文献标识码:B文章编号:1672-0164(2023)06-0057-03图15G创新方案工作原理图57C o m m u n i c a t i o n&I n f o r m a t
6、i o n T e c h n o l o g y N o.6.2 0 2 3通信与信息技术 2 0 2 3 年第6 期(总第2 6 6 期)地铁隧道5 G 创新方案的实践和探讨万永亮中电科普天科技股份有限公司,广东广州 5 1 0 3 1 0摘 要:地铁5 G 覆盖的难点在于地铁隧道,过去地铁隧道覆盖一般采用R R U+漏缆等传统覆盖方案,但传统方案普遍存在建设成本高,施工周期长等问题。基于传统方案问题,提出了在地铁隧道内引入一种5 G 创新方案的思路,通过总结工程试点效果,为在5 G 改造难度大的地铁隧道场景提供经验借鉴。关键词:地铁隧道;5 G 改造;集约化设备中图分类号:T N 9 2
7、 9.5文献标识码:B文章编号:1 6 7 2-0 1 6 4(2 0 2 3)0 6-0 0 5 7-0 31 引言地铁场景覆盖在运营商的室内分布系统工程中具有较大的经济效益和较强的社会影响力,其中地铁场景的5 G 网络质量影响着通信运营商的口碑,关乎城市的品牌形象,因此地铁应用场景中5 G 无线网络覆盖的地位和意义极为重要。根据无线传播环境和业务需求特点的不同,可将地铁场景分为站台站厅区、机房与办公区以及隧道区3 种子场景川。由于隧道区5 G 改造难度大,很多城市已通车运营的地铁既有隧道仍未全部实现5 G 覆盖。2 5 G 改造存在的问题2.1 原漏缆频段不支持,隧道空间资源不足根据工信部
8、频率使用许可,四大运营商承载5 G 网络的频段分别为:中国移动获取 2.6 G H z 频段(2 5 1 5 2 6 7 5 M H z)、4.9 G H z 频段(4 8 0 0 4 9 0 0 M H z),中国联通获取3.5 G H z 频段(3 5 0 0 3 6 0 0 M H z),中国电信获取3.5 G H z频段(3 4 0 0 3 5 0 0 M H z),中国广电获取4.9 G H z 频段(4 9 0 0 5 0 0 0 M H z)和低频段7 0 0 M H z。目前地铁车站室内无源室分系统所使用的无源器件都不支持2 7 0 0 M H z 以上频段,既有隧道内使用的1
9、 3/8 漏缆仅支持8 0 0 2 7 0 0 M H z 接入,故只能满足移动2.6 G H z 频段的网络接入,无法很好地支持电联3.5 G H z 频段的接入。即使采用大功率3.5 G H z R R U(使用大功率R R U 可以避免漏缆开段距离不变动)进行简单合路,也会因为缆线不支持的原因,造成损耗较高,影响连续覆盖效果P-。既有隧道内壁不仅已部署民用通信系统漏缆外,还部署了多条地铁专用通信系统的漏缆,两者间需保持一定的隔离度防止干扰,因此既有隧道内可供新布放漏缆的空间资源极为匮乏H。2.2 传统方案建设成本高根据历史建设经验,传统R R U+漏缆覆盖方案工程量大,人工消耗大,且隧道
10、内使用主设备信源和附属配件数量多,建设成本高。即使在既有隧道内新布放5/4 漏缆专门用于承载5 G 网络,以当前的漏缆技术,也无法满足后续中国移动4.9 G H z 频段的直接馈入,后续势必会造成重复投资,不利于节约建设成本。2.3 传统方案施工难度大,工期长在已通车运营的地铁既有隧道内施工,通常只能申请夜间施工,每次作业时间只有2 3 小时,不仅要对每区间的漏缆进行搬迁、敷设,还需完成对R R U、P O I 等设备的安装、调试等工作,工程复杂、难度大且工期较长。因此,为提高既有隧道的5 G 改造效率,针对上述存在的问题,某一线城市移动公司联合电信、联通、铁塔公司,统筹在3 号线“正师-岗前
11、”的既有隧道区间采用5 G 创新方案进行试点,以验证方案的可行性和经济实用性。3 5 G 创新方案简介3.1 工作原理5 G 创新方案主要由主设备信源+集约化近端单元+集约化远端单元+隧道专用贴壁天线组成,实现一套设备将2.6 G H z(D 频+5 G N R,1 6 0 M H z 带宽)和3.5 G H z(2 0 0 M H z*G R U($M)电惊 a uA T T 2 0 M满信机研-地骗聊道图1 5 G 创新方案工作原理图收稿日期:2 0 2 3 年7 月2 日;修回日期:2 0 2 3 年9 月2 2 日5 7带宽)2T2R或4T4R一体化覆盖,解决3家运营商在隧道区间的5G
12、信号覆盖需求,无需对隧道中的原有2G4G系统做任何改动,工作原理如图1所示。3.2主要功能特点融合:一套集约化设备支持多运营2G5G多频一体化组网应用,支持 684900MHz 的频率范围,支持每频1T1R,2T2R或4T4R多发多收应用。输出功率:每频输出功率20W100W,按需搭配。干扰处理技术:多频反射互调干扰检测和处理技术。能耗低:创新的节能降耗技术和算法,不同的应用场景能耗节省达25%52%。高可靠性:产品已经在地铁场景经过多年的应用检验,稳定性好,可靠性高。可监视性:采用与主设备同级的 IP WEB GUI 监控技术,支持近/远程(有线/无线)监控接入方式。模块化结构设计,便于维护
13、。防水等级:远端采用IP65防水防尘结构设计。天馈采用地铁隧道场景专用的赋型天线,增益高,性能稳定。45G创新方案的应用4.1线路介绍5G创新方案试点线路选取地点为地铁3号线的正师至岗前站隧道区间,该区间客流密集,全长约889米。该隧道运行路线存在一定弧度和弯道,符合快衰落的无线传播环境,其试点效果在地铁隧道场景具有较强的代表性。4.2组网及设备安装三家运营商的5G主设备信源(BBU+RRU)和集约化近端单元就近安装在附近民用机房,移动馈入 2.6GHz 频段,电信联通馈入3.5GHz频段,近端单元和远端单元按1拖 3组网(即 1个集约化近端单元下带 3个集约化远端单元);集约化远端单元和贴壁
14、天线安装在隧道区间内。根据设计要求,集约化远端单元和贴壁天线安装断点间隔约300米,为防止快衰落,考虑在隧道拐弯处适当加密天线覆盖,合计共使用了8副天线,设备布置如图2所示。4.3实施工期试点方案的实施共派出6名作业人员,机房作业白天实施,隧道区间作业夜间实施,其中每个夜间作业窗口期为2.5小时,完成全部试点工作量共耗时6个夜间作业窗口期和1个白天,工期分析如表1所示:在同等条件下,根据过往地铁隧道内5G改造经验,平均每区间隧道安装漏缆、RRU、POI等设备需耗时一个月,因此5G创新方案可以显著缩短工期,适用于作业时间非常有限的既有隧道场景。4.4综合投资成本分析试点5G创新方案采取了共享附近
15、站台站厅的pRRU信源,大量节约了运营商的主设备费用;5G创新方案由于相关配套设备安装工程量少,安装工艺简单,对节省施工费、设计费及监理费也有积极作用,从而工程总造价较低。按三家运营商共建共享测算,5G创新方案每公里综合投资成本为51.57万元,传统RRU+漏缆方案每公里综合投资成本为96.19万元,节约比例达46.4%。具体测算如表2所示。4.5网络测试验证5G创新方案开通后,分别对三家运营商5G网络进行费用类别RRU设备pRRU设备BBU及Licence集约化设备漏缆隧道贴壁天线POI设计费监理费隧道光缆隧道电力漏缆拆装其他甲供材料施工安装合计(每公里)传统RRU+漏缆方案(万元)16.8
16、/23.5/16/1.62.010.680.250.853.10.131.396.195G创新方案(万元)/34.832/4.8/1.30.20.250.85/0.174.251.57备注隧道区间共享站厅pRRU信源,Hub(1/2)+pRRU传统漏缆方案的 BBU 按 S1111配 置;2.6GHz 按 160MHz 配置;5G 集约化方案利用站台BBU(S11)+开 2 个 PCI 小区端口实现按 2 频 8 通道(4T4R)集约化设备价格计算按两根漏缆(双流)乘以 2(双向隧道),含漏缆配件计算按每副天线 0.4 万元计算,平均每公里(双向)隧道用量为12副双向隧道用量从既有断点处引出从
17、既有断点处引出包括接头、电桥等图2设备安装示意图作业地点隧道区间机房耗时6个晚上(仅凌晨1:304:00作业)1个白天隧道长度889米实际作业人数6作业内容/说明远端单元、天线、电桥、光缆、电缆、馈线等安装、连接、绑扎。RRU、近端单元、光纤、馈线、供电等安装连接。备注不包含地铁配合人员、监理、厂家技术人员;另外机房作业不受地铁运营限制,作业时间可自由调整。表1工期分析表表2综合投资成本分析表58通信与信息技术 2 0 2 3 年第6 期(总第2 6 6 期)带宽)2 T 2 R 或4 T 4 R 一体化覆盖,解决3 家运营商在隧道区间的5 G 信号覆盖需求,无需对隧道中的原有2 G 4 G
18、系统做任何改动,工作原理如图1 所示。3.2 主要功能特点融合:一套集约化设备支持多运营2 G 5 G 多频一体化组网应用,支持6 8 4 9 0 0 M H z 的频率范围,支持每频1 T 1 R,2 T 2 R 或4 T 4 R 多发多收应用。输出功率:每频输出功率2 0 W 1 0 0 W,按需搭配。干扰处理技术:多频反射互调干扰检测和处理技术。能耗低:创新的节能降耗技术和算法,不同的应用场景能耗节省达2 5?5 2?高可靠性:产品已经在地铁场景经过多年的应用检验,稳定性好,可靠性高。可监视性:采用与主设备同级的I P W E B G U I 监控技术,支持近/远程(有线/无线)监控接入
19、方式。模块化结构设计,便于维护。防水等级:远端采用I P 6 5 防水防尘结构设计。天馈采用地铁隧道场景专用的赋型天线,增益高,性能稳定。4 5 G 创新方案的应用4.1 线路介绍5 G 创新方案试点线路选取地点为地铁3 号线的正师至岗前站隧道区间,该区间客流密集,全长约8 8 9 米。该隧道运行路线存在一定弧度和弯道,符合快衰落的无线传播环境,其试点效果在地铁隧道场景具有较强的代表性。4.2 组网及设备安装三家运营商的5 G 主设备信源(B B U+R R U)和集约化近端单元就近安装在附近民用机房,移动馈入2.6 G H z 频段,电信联通馈入3.5 G H z 频段,近端单元和远端单元按
20、1拖3 组网(即1 个集约化近端单元下带3 个集约化远端单元);集约化远端单元和贴壁天线安装在隧道区间内。根据设计要求,集约化远端单元和贴壁天线安装断点间隔约3 0 0米,为防止快衰落,考虑在隧道拐弯处适当加密天线覆盖,合计共使用了8 副天线,设备布置如图2 所示。Q周燃,,1 s3 m1 4 m标号0 2号 2 8标号V B6 号M 6?岗前站车故民厚道情机房MA a图2 设备安装示意图正师站率站民用通借机兽4.3 实施工期试点方案的实施共派出6 名作业人员,机房作业白天实施,隧道区间作业夜间实施,其中每个夜间作业窗口期为2.5 小时,完成全部试点工作量共耗时6 个夜间作业窗口期和1 个白天
21、,工期分析如表1 所示:表1 工期分析表作业地点耗时实际隧道作业长度人数作业内容/说明备注远端单元、天不包含地铁6 个晚上隧道线、电桥、光配合人员、(仅凌晨1:区间缆、电缆、馈监理、厂家3 0 4:0 0 作线等安装、连技术人员;业)8 8 9接、绑扎。6另外机房作米R R U、近端单业不受地铁元、光纤、馈运营限制,机房1 个白天线、供电等安作业时间可装连接。自由调整。在同等条件下,根据过往地铁隧道内5 G 改造经验,平均每区间隧道安装漏缆、R R U、P O I 等设备需耗时一个月,因此5 G 创新方案可以显著缩短工期,适用于作业时间非常有限的既有隧道场景。4.4 综合投资成本分析试点5 G
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- 地铁 隧道 创新 方案 实践 探讨
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