地铁5G无线通信覆盖工程建设方式探讨

地铁 5G无线通信覆盖工程建设方式探讨

曾伟

身份证号： 42900419941023****

摘要：随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，城市建设在不断加快，在城市公共交通中，地铁承担着巨大的作用。而地铁无线通信系统是地铁工程建设中不可或缺的重要组成部分，在满足乘客在地铁中的通信信息需求，为地铁运营提供必要替换通信手段，建设5G智慧地铁等方面发挥着日益重要的作用。本文从进度管控、方案选择、创新赋能、安全管理等方面，探讨适用于地铁5G无线通信覆盖工程的建设方式。

关键词：地铁；5G无线通信；覆盖；建设方式

引言

近几年，国内轨道交通开通里程逐年增加，地铁建设和发展达到空前的高潮。随着科技的发展，全自动无人驾驶技术也在部分城市得到应用，地铁建设、运营、维护等对智能化的呼声也越发高涨。目前地铁建设中，车地之间的无线网络部分主要有承载地铁无线语音集群调度的Tetra系统、承载视频类业务的大宽带WLAN系统和承载列车控制信号及集群调度业务的LTE系统，为满足不同用途需求和安全等级需求，整个地铁项目组织不同无线网络。

15G无线网络特点

5G网络的目标是高数据速率，减少延迟，节省能源，降低成本，提高系统容量和大规模设备连接。3GPP（第三代合作伙伴计划）的三大场景定义可以看出，5G应具备高速度，大连接、低时延的要求。频谱是5G的血液，2018年工业和信息化部正式向三大基础电信运营商发放了全国范围5G中低频段试验频率使用许可。从5G频谱分配方案来看，除了中国移动采用2.6GHz、4.9GHz频段外，中国电信、中国联通采用的是3.5GHz频段。这些频段较3G/4G等前几代的移动通信网络来说都有大幅度的增加，属于高频通信。高频通信的特点是可用的频谱带宽较大，但是由于频率较高，在无线传输中信号衰落较大，有效的覆盖距离比较短。因此，5G移动通信网络需要采取超密集组网方式，方可进行有效覆盖。在同等情况下，覆盖同一片区域，5G的站点密度是4G的1.5倍以上。在地铁隧道无线网络覆盖具有如下特点。a）地铁属于封闭且狭长的覆盖场景，无线信号在其中容易产生波导效应。b）金属地铁列车车体会对无线信号产生较强的屏蔽效果。c）地铁隧道安装空间狭小，施工难度大。d）接入的系统多，几个运营商的几代通信系统要接入同一套室分系统或泄露电缆系统中。

2地铁5G无线通信覆盖工程建设方式

2.1在隧道中的信号覆盖

在实际工程应用中，无线信号通常在隧道内以敷设漏缆的方式实现信号的覆盖，在隧道里每隔800～1000m布设1台射频拉远单元（RRU）发射射频信号。而5G技术采用的高频信号（如mmWave）在遇到障碍物时，会在其表面发生镜面反射，即类似于光信号在光纤内的传播方式，频率过高的射频信号会在同轴线缆2层导体之间以全反射的方式传播，这一效应被称为“波导效应”。波导效应会使得非波导方向的信号强度急剧减弱，因此5G高频信号（如5.6GHz信号甚至30GHz的mmWave电信号）难以通过漏缆的方式进行信号覆盖，而是需要采用定向天线的方式在隧道内完成信号覆盖。同时，由于高频信号衰减速率较高，目前在工程应用中采用5.8GHz频率时，通常隧道内每隔400～500m需要布设基站或有源设备，若将来采用5G技术的高频信号，基站或有源设备的间距必然会更小。当然，5G技术在隧道环境下的部署也有其优势。5GmmWawe的天线尺寸非常小，可达到厘米乃至毫米级别，能够更好地适应隧道内有限的部署空间。同时，其特有的波束赋形技术也能很好地满足隧道环境下的定向传输需求。

2.2辅助运行数据

车地之间无线通信信息量最多的就是综合监控数据的传输，车地之间的视屏和语音业务是最占用带宽的业务，中心调度员需要实时看到车厢内的情况，以便于做出正确合理的调度决策，车厢内不同位置的视屏监控信息需要实时传输到中央控制中心。同时，列车司机和中心之间的语音业务、乘客和中心的语音业务等此类调度辅助数据，虽然是非安全业务，但是对于提高地铁服务质量、帮助调度做出合理决策起到巨大作用。

2.3进度管控

由于地铁属管制场景，进场施工审批困难，现场安全管制，施工进度受限，所以对于地铁的工程要严格把控进度，确保工程保质保量且及时完成。本次的地铁工程，一、二号线2020年3月开始对接升级改造的进场、方案及商务谈判，在完成审批第一时间进场，强化协调机制，保证作业令的请点审批。地铁三号线于2019年1月开始主动对接启动第一次设计联络会，随后紧盯轨道配套进度，具备进场条件第一时间进场施工。另外，对于方案的选择以及物料的把控也十分关键，对于整体覆盖方案及轨道配套改造方案精益求精，精心筹备物料，积极协调主设备到货，提前进行隧道贴壁天线公开招标，定制哈芬槽安装件等，确保工程进度。

2.4地铁站厅站台5G信号覆盖方案

地铁的站厅站台包括售票/检票、安全检查、自动服务设备、乘客服务中心、派出所、轨道、侯车区、卫生间、办公区等功能区。面积根据站点规模大小从数千平米到上万平米不等。这些区域手机用户密度大，并且是流动的，特别是在轨道区的手机用户还是随着地铁的运行快速流动。这些区域位于地下，环境封闭，外部无线信号难以进入，无线环境相对干净。由于人口密集，手机用户话务量和业务流量都相对较高，属于高流量、高价值的应场景。针对地铁站厅站台的场景，可以部署5G室内分布系统进行5G无线信号的覆盖。针对交通枢纽站台、候车大厅等场所的场所室内分布系统通常有两种解决方案供选择：传统的DAS（室内分布式接入系统）和新型有源室分系统。

2.5智能运维

地铁开通后，对运营线路的维护和运营故障的诊断处理时效是衡量地铁运营质量和服务标准的重要指标。当前4G通信技术带宽限制，无法实时传输大量的列车运行日志信息，当列车运行过程中出现故障后，必须先把列车尽快下线，然后到固定存车线后，人工上车拷贝行车日志后，进行故障问题分析。从列车故障到恢复往往需要几天甚至几周时间，维护周期比较长。通过5G通信技术的应用，其大宽带和低延时，将车载运行日志实时上传到智能运维平台，维护人员通过维护平台终端，将实时查看列车运行日志。同时，根据列车的运行状态和检修记录，为每列车建立健康履历表，根据当前列车的基础信息和运行状态，对列车进行健康度评判，当列车出现不利于运行状态时，及时通过维护平台通知维护人员和相关部门进行检修，当列车发生故障时，第一时间进行维护，随着运维数据的积累和云计算、智能算法的加入，可以全方位对列车进行运行态势感知、故障诊断和健康管理，将列车运行状态信息进行实时的后台智能分析。当发现列车运行状态变差时，及时发出预警给维护人员，做到提前发现问题，提高列车在线维护的水平，减少故障的发生，实现城市轨道交通移动装备全生命周期的安全化、高效化和智能化管理。

结语

本文就现阶段的实际情况下，从方案选择、创新赋能、进度管控、安全管理等方面，探讨适用于地铁5G无线通信覆盖工程的建设方式。随着通信设备的不断演进，会出现更先进的适用于地铁不同场景的设备，室分系统也会由传统DAS室分系统向着数字化室分系统演进，地铁的无线网络覆盖效果也会越来越好。

参考文献

[1]尤星.城市轨道交通中5G通信技术应用与研究[J].信息通信，2020（8）：258-259.

[2]李士东，戴克平.5G在城市轨道交通行业中的应用分析[J].铁道通信信号，2020，56（7）：89-93.