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东莞市轨道交通2号线5G网络建设

发表时间：2021/3/16 来源：《中国科技信息》2021年1月作者：梁国鸿

[导读] 2019年6月工信部宣布，正式为中国移动、中国联通、中国电信和中国广电四家企业发放5G牌照；中国正式进入了5G商用元年。5G时代，万物互联，极低时延，将为个人生活和经济社会发展带来极大改变。

广东省东莞市轨道交通有限公司梁国鸿 523000

摘要：2019年6月工信部宣布，正式为中国移动、中国联通、中国电信和中国广电四家企业发放5G牌照；中国正式进入了5G商用元年。5G时代，万物互联，极低时延，将为个人生活和经济社会发展带来极大改变。城市地铁线路做为面向广大市民的公共交通工具，有承担着社会责任义务，为此在地铁线路上开通5G网络是必需和必要的。
关键词：东莞市轨道交通2号线；5G网络
        东莞市轨道交通2号线全线共设车站15座，于2016年5月27日正式载客运营，目前已经安全运营4年多。为此，在已经开通线路上升级改造民用通信系统，难度相当大。
        一、2号线民用通信系统概况
        东莞市轨道交通2号线线（东莞火车站～虎门火车站段）为37.785km线路、15座车站、1座车辆段及综合维修基地（含应急控制中心）及1座控制中心。
       （一）、投资建设情况
        2号线民用通信系统负责将地面各运营商的移动通信信号引入2号线各地下车站和区间，为乘客和轨道交通工作人员提供民用通信服务。该系统由我司全部投资建设，主要由三个部分组成：民用通信设备、民用通信系统4G引入系统和通信系统安装工程；以上投资总费用为：7084万元。本系统主要由无线引入系统、传输系统、电源及接地、集中告警系统和通信线路组成。
        1.传输系统。2号线建设中需要为民用移动通信信号引入建立信息传输系统。该系统承载的移动通信基带信号包括以下内容：（1）移动通信业务：中国移动（2G/4G）、中国联通（2G/3G/4G）和中国电信（3G/4G）；（2）系统管理业务：无线引入系统、传输系统、电源系统等网络管理信息。
        2.无线引入系统。本系统主要由各地下车站的基站（运营商提供）、多网合路平台（POI）、全频段天线、区间漏缆、光纤直放站等组成。通过这些设备实现地下车站的站台、站厅、隧道区间等范围的移动信号覆盖。
        3.电源及接地。（1）电源设备：①运营商的设备，由轨道交通为各运营商分别提供220/380V的交流外供电源分路。②民用通信系统设备，包括POI设备、区间直放站、传输设备及网管设备等，这些设备采用民用通信系统UPS电源设备供电。
        （2）接地：由动力照明专业在地下车站及控制中心设置综合接地系统，接地电阻≤1欧姆，并在民用通信机房设置相应的地线排。
        4.集中告警系统。（1）该系统用于维护管理人员及时、准确、迅速地获得民用通信设备的运行状况和故障信息，以便于处理。（2）该系统由传输系统网管、无线引入系统网管、电源设备网管以及集中告警终端等设备组成。（3）该系统能够实现故障定位、状态显示等功能，能发出可闻、可视告警信息，并打印出有关故障信息。
        5.民用通信线路。（1）民用通信系统在上、下行隧道各敷设1条单模光缆，外护层采用阻燃、低烟、无卤、防鼠咬、防白蚁、防腐蚀的聚乙烯材料。（2）民用通信系统在上、下行隧道敷设漏泄同轴电缆，外护层采用阻燃、低烟、无卤、防鼠咬、防白蚁、防腐蚀的聚乙烯材料。
        （二）、运行情况
        2号线自2016年5月和地铁一起投入运营后，至今各子系统运作良好；与运营商对接均无出现重大故障类型，在运营商各项考核指标中均获取良好以上结果。
        二、2号线5G网络建设
        2号线5G网络建设由车站和隧道区间两部分组成，在底下密闭空间施工难度将大于普通楼宇和地面基站。
        （一）、车站建设
        由三大运营商在站台站厅的天花内布放PRRU有源分布系统（Lampsite新型数字室分系统），并利用地铁已有电力及其他配套，对站台进行5G覆盖。LampSite的主要组网结构如图1，使用BBU+RHUB+pRRU的连接方式进行组网；该模式比原来民用通信系统的天馈模式，更加具备容量大，全频段覆盖等特点。

        （二）、隧道区间建设：
       由于隧道区间里面安装空间有限、作业时间短、施工要求高等重大因素；目前隧道5G网络建设主要存在以下几方面:
        1.隧道区间天馈系统。目前全国地铁线路的隧道区间覆盖5G网络的天馈系统主要采取天线和泄漏电缆（漏缆）两种模式进行覆盖，为此我司与铁塔公司就天馈系统的建设模式选取进行了多次的研讨分析，分析如下：
        （1）覆盖效果对比：漏缆方案信号强度分布均匀，在整个覆盖范围内信号强度平稳；天线覆盖方案信号波动幅度较大，信号电平随着距离增加显著下降。
        （2）边缘速率对比：1T1R漏缆方案上、下行吞吐率相比4T4R天线方案已经具备明显优势；如布放两条漏缆，实现2T2R优势会更明显。
        （3）建设费用对比：4T4R天线方案如达到与1T1R漏缆方案相当的覆盖效果，信源数量需X4，信源投资会大幅上升，同时电源、传输等建设费用大幅增加；由于信源数量增加导致的长期运维费用（电费）也会大幅增加。
        综合以上各因素的优缺点，加上民用通信系统已建设的漏缆能满足目前阶段需求。故最终选取了漏缆方案为天馈系统的建设模式。
        2.隧道区间电源。考虑到隧道区间新增电源系统的难度，故利旧及改造民用通信系统里面的两套UPS来为5G设备提供供电，具体分析如下：
        （1）.电力区间隧道内均为220V交流供电，原有电力电缆在大部分使用3x10平方线缆，除西平站，西平至蛤地段；蛤地站，蛤地至陈屋段；陈屋站，陈屋至蛤地段，布放的是3x16平方的线缆之外，
        （2）.电力电缆计算容量根据线缆载流量及线缆的压降来确定电力电缆的线径及线路所能容纳的最大容量
        （3）.线路电流计算：依据线缆的载流量表，3*10平方的铜缆载流量是53A，而增容5G设备后总功率最多达到：3个断点*1.065+3个断点*1.01（5G设备，电联710w，移动800w）=6.225，线路电流31A，据上得出，电力电缆的载流量是满足当前扩容需求。
        （4）.线路压降计算：为满足三家需求，则要求最低运行电压为140v。
        综合以上分析，在更换及替换RRU的情况下，目前UPS功率有8个机房UPS可以满足5G升级；6个机房UPS功率达不到升级后的功率需求，只需要在机房里面升级更换为更大容量的UPS，不需要替换或者新增电缆。
        针对隧道区间电源问题，是本次工程最大的难点；因为已经开通运营的地铁线路，施工作业时间只有每天晚上4小时左右，根本无法满足重新布放电缆的设计；加上隧道边上的弱电桥架空间不足和人防门的孔洞已经封堵等因素，直接指明了无法新增线缆。为此，我司与铁塔公司只能从现有4G-RRU设备和光纤直放站这两类设备进行替换或者拆除考虑。
        3.隧道区间光缆。原民用通信系统当时投资建设的时候，区间与机房之间的光缆纤芯为48芯光缆；从目前民用通信系统使用情况来看，有部分断点纤芯已不足，无法满足新增5G-RRU的使用。为此，组织地铁设计院、铁塔公司等多方深入分析并结合电源系统和直放站设备，避免重复投资，得出以下结论：
        （1）移动公司4G-RRU直接替换成双模（4/5G）RRU，利旧原纤芯。
        （2）电信和联通公司，拆除原来电信公司4G设备，在原位置安装单模5G（电信和联通共用）RRU设备，利旧原纤芯；升级联通公司4G RRU设备，使其支持电信和联通公司的4G网络。
        三、总结
        东莞市轨道交通2号线为正常运营的线路，民用通信系统和运营商基站设备都在网运行；白天地铁正常运行过程中，均无法停止民用通信系统和基站设备运作，只能利用晚上收车后的作业时间段。经过多次与铁塔公司及三大运营商研讨分析，加上在试验段（西平站到蛤地站）测试效果的指标分析，均能满足运营商5G网络的需求。最终按照技术和施工方案开通5G网络的改造，完满完成了2号线5G网络建设开通工作。该线路是广东省内第一条在运营线路上的民用通信系统改造升级5G，为同行业提供了参考价值。
参考文献：
【1】杨峰李治符新，地铁5G无线网络覆盖研究[J].中国新通信. 2020(21)
【2】胡哲明，地铁5G网络建设方案探讨[J].智能城市.2020(21)
【3】杨新贺肖荣王进.支持5G共建共享和多系统共存的地铁隧道覆盖方案[J].邮电设计技术.2020（06）
【4】张琳樊金坤.在地铁5G网络建设过程中的规划需求分析[J].通讯世界. 2020（05）