摘 要：随着现代通信技术的不断革新，人们日常生活的便捷程度也在不断提升，同时我们的生活、城市的规划和现代通信网络之间的关联也越来越紧密。5G技术作为时下的研究热点，已开始进入人们日常的生活中，随着研究人员对于5G技术的不断深入了解，相关应用的不断创新与普及，必将引发人们对通信需求的爆发式增长。因此，文章对地铁通信5G技术的覆盖方案进行了探讨。
关键词：5G站台;地铁隧道;信号覆盖
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）15-0064-03
Abstract：With the continuous innovation of modern communication technology，the convenience of peoples daily life is also improving. At the same time，our lives，urban planning and modern communication networks are becoming more and more closely related. As a current research hotspot，5G technology has begun to enter peoples daily lives. With peoples in-depth understanding of 5G technology，the continuous popularization and innovation of applications will inevitably trigger an explosive growth in peoples demand for communications. Therefore，here is a brief discussion on the coverage plan of subway communication 5G technology.
Keywords：5G platform;subway tunnel;signal coverage
0 引 言
在国家“提速降费”的要求下，近年来各大运营商开始推出大流量套餐，甚至不限流量的套餐，从而惠及用户，数据流量的需求也得以释放，伴随抖音等应用程序的增多，通信网络在人们的生活中越来越重要，4G网络越来越难满足人们对移动通信网络更大容量、更低时延的需求。截止到2019年4月，全国超过38个城市拥有地铁。并且许多大城市，如北京、上海、深圳等拥有十数条地铁线路。地铁又是我国主要的交通工具，乘坐地铁的过程中人们对于通信网络的需求也越来越强烈，用于地铁覆盖的4G基站均是运营商高流量、超高流量的站点，因此地铁的5G信号覆盖，将直接影响运营商在消费者心目中的形象，意义重大。作为中国通信基础设施服务企业中国铁塔的一员，笔者深入了解并持续研究5G地铁覆盖技术，并提出方案以供参考。
1 地铁的结构特点
地铁通信的覆盖范围一般包括整个地铁建筑，主要由站厅、站台、隧道组成。这三个部分对信号的需求不同，因此提升了了通信覆盖区域的复杂性。站厅通常在地下一层，空旷，属于密闭空间层;站台通常在地下二层，与隧道相接，上下班高峰期人流量密集;地铁大部分时间均在隧道中运行，隧道狭长，当地铁通过时，隧道内剩余空间很小。
虽然5G信号传输速度快，延迟时间短，容量大，但其频段高，波长短，覆盖范围小，穿透能力差，因此在复杂环境的轨道交通建设中，地铁5G信号覆盖工作将面临更大的挑战。
2 地铁通信的需求
地铁结构复杂，因此对通信的构建需求和质量要求高，特别是5G通信。地铁通信需求的特点为：
（1）上下班时间是地铁最繁忙的时段，班次增多，人流量暴增，因此高峰期和低谷期存在巨大的需求差异;
（2）5G信号的波长短，穿透能力差，因此在隧道中传播以及穿过地铁车体时会产生严重的信号衰减;
（3）地铁包括了站厅、站台和隧道，场景复杂，对通信的切换能力要求较高;
（4）地铁通信是多个运营商共同建造使用，空间小，运行系统多，容易产生相互干扰;
（5）地铁民用通信和专用通信要互相隔离，互不串扰，在保证专用通信质量的基础上构建良好的民用通信。
3 地铁5G通信建设的覆盖方案讨论
由于地铁空间的复杂性，因此地铁的站厅、站台和隧道内的信号覆盖方式不同。站厅、站台和传统的室内信号覆盖的场景相似，需要满足如下的几个基本设计原则，部署方便、覆盖范围广、容量大等。综合考虑，通常是在空旷宽阔区域的顶层安装，如站厅层、站台层、办公室等区域。而隧道内空间狭小，列车经过时，不但挤占了绝大部分空间，并且产生的风压效应也会增大5G通信建设的困难。
3.1 站台、站厅的覆盖方案
在站台、站厅的通信覆盖建设前，各运营商要确定其通信系统的信源设备，如宏蜂窝、微蜂窝、分布式基站等。移动的5G通信网络频段是2.6 GHz，电信和联通的5G是3.5 GHz。传统4G的覆盖方法大多数是采用DAS系统（馈线、无源器件、室内天线、分布式天线等）。市面上的DAS支持的频段范围为800 MHz ～2 700 MHz，因此虽然可以支持移动5G，但无法支持电信和联通的5G。因此，改造是不可避免的。
对于移动的5G通信，现有的设备可以支持其5G频段，能4G和5G合路，而联通和电信则无法使用现有设备。即使可以合路，由于5G信源功率要求高，达160 W，而现有设备无法达到要求，因此需要多路信源叠加，增加了复杂度，并且无源分布式天线在不同通信频段（5G、4G、3G、2G）的调试复杂，因此改造或新建5G网络多数采用分布式室内系统（Digital indoor system，DIS）。将传统的1T1R、2T2R改造为4T4R。
3.2 隧道内的覆盖方案
由于隧道内空间狭小，且列车通过时有强烈风压，因此隧道内是不能使用分布式天线作为通信方式的。目前地铁隧道内普遍采用的是通过泄漏电缆进行隧道内的全覆盖。传统4G通信，隧道内泄漏电缆多为2根，而在5G建设中，为了实现5G通信的传输速度快，延迟时间短，容量大等特点，为了支持4×4 MIMO，需要建设4根泄漏电缆供三大运营商使用。同时为了保证三个运营商的公共无线信号能够在地铁空间内覆盖，POI的频段选择需要综合考虑。表1是三大运营商的频率划分，从表中可知，地铁隧道内的POI应选择在800 MHz～3 600 MHz之间。
为了方便隧道内设备的安装和安全并且提高隧道内的信号覆盖效果，建议将泄漏电缆的高度设在与列车车窗的中部等高处，并采用卡具方式固定，卡具间隔宜为1.0 m～1.3 m，其中每隔10 m～15 m设置1个防火卡具;在无衬砌隧道内，漏泄电缆采用角钢支架和钢丝承力索加卡具方式架设，吊具间隔宜为1.0 m～1.3 m，其中每隔10 m～15 m设置1个防火卡具。如图1所示。
由于地铁内的信覆盖是存在多样性的，站台与隧道的信号覆盖方式不同。乘客在上下车时，移动信号需要发生切换。通常有如下几种设计方案，如图2所示，需要根据设计需求，选择最合适的方案进行设计。
方案1：隧道内的泄漏电缆铺满整个地铁线路，包括站台候车点。结果会导致站台候车点因此会存在两种信源，泄漏电缆和DIS信源，互相存在干扰，但可通过设备功率优化控制;
方案2：隧道内的泄漏电缆铺满整个地铁线路，包括站台候车点，但站台的DIS信源安放在隧道内，结果同样会导致站台存在两种信源，互相存在干扰，信号强度接近难以控制;
方案3：隧道内由泄漏电缆覆盖，站台由DIS信源覆盖，在两者交汇处，有狭小区域使信号切换，存在切换不成功的现象;
方案4：隧道内由泄漏电缆覆盖，站台由DIS信源覆盖并且DIS信源安放在隧道，在两者交汇处，有充足区域使信号切换，但是可能导致站台、站厅的信号强度降低;
因此，建议正常地铁建设优先选用方案1，其次选择方案4。
3.3 切换
在地铁覆盖中主要存在站台与隧道间的切换、隧道中两小区之间的切换、列车出入隧道与室外小区的切换。
3.3.1 站台与隧道间的切换
由于在隧道和车站部分采用不同的建设方式和信源小区进行覆盖，乘客在上下车时，移动台将接收到不同小区的信号，需要发生信号切换，如图3所示，在这个过程中由于车速较慢，重叠覆盖区域在满足切换时长要求的情况下，越小越好。
3.3.2 隧道中两小区之间的切换
在隧道中运行列车上的移动台在隧道中随车辆移动时，通过来自不同基站信号的交会处时将会发生信号切换，如图4所示，由于车速较快，重叠覆盖区域应满足车速×切换时长×（1+余量）。
3.3.3 列车出入隧道与室外小区的切换
列车出隧道的过程中，其信号强度变化是隧道内信号迅速减弱，隧道外信号迅速增强的过程;列车入隧道的过程中，其信号强度变化是隧道内信号迅速增强，隧道外信号迅速减弱的过程，出入隧道其切换区不足会造成切换失败，通常在隧道口泄漏电缆末端增加两幅定向板状天线对隧道出口方向进行覆盖，与外部蜂窝基站形成足够重叠区，达到切换的目的。
重叠覆盖区域同样应满足车速×切换时长×（1+余量），但距离不能太长，必须控制信号外泄，避免对隧道外的室外宏站覆盖区造成干扰。出隧道时隧道内外场强电平变化曲线如图5所示。
3.4 干扰
在制定轨道交通隧道覆盖方案过程中，干扰分析能有效提升信号质量，降低并有效控制干扰值，确保公网与专网能同时正常工作且相互又无影响。
在地铁覆盖系统的建设和使用过程中，通常主要存在以下几种干扰：同、邻频干扰，杂散干扰，接收机阻塞干扰，接收机互调干扰。轨道交通系统位于信号纯净的地下，只要做好相应的频率规划即可消除同邻频干扰，但轨道交通通信系统为多个频段使用同一天馈分布系统，这样就使杂散干扰、接收机阻塞干扰、接收机互调干扰更加突出。为了尽量减少干扰的影响，并保证足够的收发隔离度，一方面在POI内加滤波器增加电路隔离，另一方面发射天线与接收天线分开接入两条漏缆，增加空间隔离;控制设备功率，避免互调干扰。
4 结 论
本文针对5G信号在地铁中的覆盖进行了简单的解析，探讨了5G信号在地铁覆盖中存在的技术难点和解决方案，随着5G通信的成熟发展来来的日益增大的上行下载速度，在条件允许情况下4×4 MIMO方案是一个良好的选择，泄漏电缆和DIS的分段信号分布能够在有效降低成本的同时，提高地铁隧道的通信容量和质量。
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作者简介：龚璐（1987.11—），男，汉族，重庆永川人，通信工程师，本科，研究方向：民用通信、5G建设及应用。