浅析地铁建设中的民用通信系统

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浅析地铁建设中的民用通信系统
西安地铁公司机电设备处 兰 明
［摘 要］本文结合西安地铁招标，交流、运营商沟通情况，分析地铁民用通信系统的组成、覆盖方式和工程中的注意问题。 ［关键词］民用通信 传输系统 无线引入覆盖系统 固定电话引入
近年来，我国城市轨道交通迅猛发展，地铁成为城市交通的重要组 成部分，成为民众出行的重要工具，地铁建成后，由于屏蔽作用，地下站 厅、台层、和隧道内将成为公共移动通信的盲区，地下车站也需安装 IC 电话等终端设备，以便对旅客的通信提供方便。将民用通信系统引入地 铁车站和隧道，实现无障碍通信，并利用地铁通信资源，为地铁运营提 供支持，在地铁建设中具有重要的社会和经济效益。
（上接第 259 页） 进行添加和检索。其中信息发布功能如图 4 所示。
槽管线应预留预埋。电信运营商采用租用电路或光缆的方式，引入公用 固定电话信号。
由于固网越来越成为移动通信的补充，效益不高，采用站内预留电 信接入设备占用地铁通信机房、光缆、电路，费用大，责任大、维保麻烦 而受益少，故不建议采用。而就近站外引入这种方式，地铁公司建设压 力小，费用比高，在广州和深圳地铁建设中大量采用，也是目前广泛采 用的方式。
如何建好地铁民用通信系统，是地铁公司在建设和运营中的重要 实际问题。有必要对民用通信系统建设中的问题进行必要分析。地铁民 用通信系统主要由 4 个部分构成：
1.传输系统 地铁民用传输系统是基于光纤的宽带综合业务数字传输网络，为 各种业务提供多种宽带传输通道，构成传送语音、文字、数据和图像等 信息的综合业务传输网。传输系统由光缆、基于 SDH 的 MSTP 传输设 备、接入设备等组成。 传输系统主要为无线引入系统提供可靠的传输信道。同时也为运 营商在地铁内开展其他业务预留条件。传输系统可以为地铁提供光纤、 电路租赁等业务。地铁民用通信是地铁资源开发的核心业务。传输系统 的建设主要有两方面需要着重考虑： 1.1 系统容量 目前建成的北京、广州地铁传输系统多采用 2.5G SDH 构成 2 或 4 纤 MSTP 环。能够满足当时民用通信业务需要，但随着 3G 时代的到来， 移动业务带宽需求会有爆发性增加，会对地铁传输系统带宽有较大需 求，同时考虑到多家运营商和其他方面的传输需求，建议建设 2.5G 以 上的传输网，做好未来扩展通信带宽的储备工作，避免重复建设。目前 10G 传输系统设备已非常成熟，主流厂商 2 纤 10G 系统比 4 纤 2.5G 系 统在价格方面贵 18%左右，但可提供大一倍的容量。极大地扩展了地铁 租用业务的能力，此外 4G 系统也已提出，将来可能会投入商用。通信技 术的发展非常迅猛，对于无线通信的增长速度谁也难以准确预测，不定 因素很多。在这种情况下，多做些预留也是明智的选择。 1.2 光缆敷设 地铁的管线路由，光缆都是宝贵的资源，具有整体性、安全性的特 点，特别是地铁线路多穿越繁华城区，联络郊区，拓扑与大多运营商本 地网重合，租用地铁的光缆，管道，是运营商的迫切需要。此外，随着 3G 的到来，分布式基站成为移动通信发展的潮流,利用地铁的光缆，而不是 传输电路，将基站 BBU 射频拉远 RRU ，成为全新的基站信号引入地铁 解决方案 ，光缆作为成熟产品，价格已不是瓶颈，鉴于其在今后的稀缺 性，不可替代性，利用地铁路由，敷设多纤数光缆，为今后地铁租用业务 的开展打好基础，是建设民用通信的关键。 2.无线引入覆盖系统 无线引入及覆盖系统将地面商用移动信号引入地下空间，组成分 为信号引入和覆盖两部分。 2.1 信号引入方式 根据地铁线路的具体情况，各城市话务量的大小不同，公共移动系 统引入地铁主要有以下几种方式。 2.1.1 在所有的地下车站设置传统基站方式 在地铁各个地下车站的民用通信设备室安装无线基站(BTS)，通过 民用通信系统提供的光传输通道，将各个移动运营商在一点（或 2 点） 引入的基站信号经传输分配至地铁各个车站的无线基站。该方式投资 额大，规划合理，场强覆盖和通信效果最好，运营商租用地铁电路，是目 前很多地铁项目选用的方式。 2.1.2 BBU 射频拉远 RRU 方式 分布式基站是是我国大力发展的 3G 通信网络的重要组成部分.分 布式基站把传统的宏基站设备按照功能划分为两个功能模块，射频单 元与基带单元之间通过光纤连接，形成全新的分布式基站解决方案该 方案工程造价较低，是运营商现在和将来主推的方式。但它不需要租用 地铁传输系统的电路，需要多条区间光缆 BBU 射频拉远 RRU 方式，有 一定不确定性。
光纤引入
T2/R2 接天馈线系统 P （站台、站厅） O
I T1/R1
GSM CDMA 3G 光光光 纤纤纤 直直直 放放放 站 站站
T2/R2 接天馈线系统 （站台、站厅） P
上行隧道
区间合路单元
下行隧道 上行隧道
下行隧道 上行隧道
下行隧道 上行隧道
下行隧道 上行隧道
区间合路单元
下行隧道 上行隧道
下行隧道 上行隧道
下行隧道 上行隧道
四分路器
下行隧道 上行隧道
地铁车站
隧道区间
地铁车站
图 4 POI 设备 + 基站 +RRU 方式组成图 方案分析：上述方案在地铁中均有应用，对于方式一主要是早期建
设的地铁，在 3G 引入的情况下，对其进行改造，覆盖方式没有发生变 化。方式二主要是近期建设及在建的地铁，对 3G 进行预留接入条件，接 口界面简单、清晰，被广泛应用。方式三为近期上海地区的主要方案，在 BBU+RRU 方式中，RRU 为基站的一部分，RRU 的监控网管需接入运 营商处，但 RRU 设备安装在隧道内，监控若放在运营商一方，后期资产 划分及维护界面划分比较麻烦，另外 RRU 设备采取的是私有协议，其 需与 BBU 配套使用，招标不好操作，而且 RRU 的故障率在使用前期还 是比较高的。上海地铁 RRU 设备由地铁代维，告警监控在运营商处，故 障后运营商通知地铁维护，实施期间问题较多，耗费地铁人力太多。可 以采用 BBU+RRU 做信号引入，但是覆盖还是不做建议。
采用漏缆方式进行覆盖。上海地铁 6、8、11、13 号线地铁采用此方式。
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T2/R2
接天馈线系统 P （站台、站厅）
O
I T1/R1
光纤引入
GSM CDMA 3G 光光 纤纤 直 直 RRU 放放 站站
T2/R2 接天馈线系统 （站台、站厅） P
O I T1/R1
四分路器 下行隧道 上行隧道
图 2 岛式站台覆盖示意图 2.2.2 区间无线覆盖方式 区间无线覆盖方式一直是地铁民用通信的关键和难点，我国地铁 民用通信系统的引入方案，针对区间覆盖实施方案分以下几种： 方式一：采用 POI 设备 + 基站 + 干放覆盖方式：在各个车站，运营 商提供信源设备（基站），地铁提供 POI 设备，对站台、站厅、走廊、出入 口等分布系统的覆盖，隧道区间采用漏缆及干线放大器的方式进行覆 盖，地铁与运营商接口界面及维护界面以 POI 接入端为界，POI 及区间 的所有中继设备均由地铁监控及维护。深圳地铁 2 号线及北京地铁 1、 2、5、10 号线均是采用此方式。 方式二：采用 POI 设备 + 基站 + 光纤直放站方式：在各个车站，运 营商提供信源设备（基站），地铁提供 POI 设备及光纤近端机，对站台、 站厅、走廊、出入口等分布系统的覆盖，隧道区间采用漏缆及光纤直放 站的方式进行覆盖，地铁与运营商接口界面及维护以 POI 的输入端为 界面，POI 及区间的所有中继设备均由地铁监控及维护。北京 4 号线及 深圳 5 号线均是采用此方式。
对于这两种方式，认为要把握好一个原则，即信号引入以运营商为 主，地铁可以提供电路、光缆资源配合，但运营商的设备不能进入隧道， 区间覆盖实施方案必须由地铁业主独立完成。这个问题下面将会专门 阐述。
2.2 无线覆盖方式
车 站
信号
POI 系统
隧 道
信号分布系统
图 1 无线覆盖区域及设备组成图 无线覆盖按区域可分为车站和区间两个方面。 2.2.1 车站无线覆盖方式 目前电信运营商的楼宇、盲区覆盖类似应用较多，市场化程度很 高，车站无线覆盖技术比较成熟。目前，地铁建设中站厅层多以天线布 设解决场强覆盖。站台层依据车站结构采用漏缆与天线相结合的方式， 如岛式多采用漏缆 + 天线，侧式采用天线，一岛一侧，双岛多采用漏缆 + 天线，出入口一般按照不泄漏原则布设天线。
四分路器
下行隧道 上行隧道
地铁车站
隧道区间
地铁车站
图 3 POI 设备 + 基站 + 光纤直放站方式组成图
方式三：采用 POI 设备 + 基站 +RRU 方式（主要是 TD 系统覆盖）：
在各个车站，运营商提供信源设备（基站）及射频远端设备 RRU，地铁提
供 POI 设备，对站台、站厅、走廊、出入口等分布系统的覆盖，隧道区间
4.集中监控及电源接地系统 通信机房一般为无人值守机房，需一套集中监控系统来管理设备 的日常工作。对于 POI、直放站、机房环境等系统故障，能够及时发出相 应的告警，提醒相关人员进行处理；能够储存设备的各种故障信息等。 电源系统为民用通信设备提供交、直流供电，要注意的是对电信运营商 设备的供电计费需全局考虑。 5.其他问题 5.1 与运营商的合作 在地铁民用通信建设中，与运营商的沟通是关键问题。运营商对民 用覆盖由地铁方统一建设还有一些其它想法，3G 设备的各项技术指标 均未验证。让运营商提出准确的覆盖要求和各项技术指标，确有难度， 地铁方应在横向比较其它城市在建地铁线路的技术指标，并结合各厂 家提供的运营商在地面 3G 覆盖指标，确认一个比较合适的覆盖指标， 既要考虑地铁方的建设成本和运营后的投资回报，又要在一定程度上 满足运营商的覆盖要求。另外，运营商需提供相关基础数据：包括引入 对象、占用设备机房，用电量，也可根据其他城市或一个运营商的情况， 作出预留，避免拖延。 5.2 切换控制问题 包括站厅和站台的切换，出入地下通道的切换，隧道区间内切换， 隧道口的切换，在此就不再探讨。 5.3 车辆问题 车辆的车窗玻璃对信号的屏蔽较大，根据漏缆的安装位置，车辆对 信号的屏蔽可达 10- 18dB，车辆一般使用普通钢化玻璃，在玻璃内不加 金属丝，在车辆制造阶段就应建议要求车窗对信号的屏蔽不大于 5dB。 总之，民用通信系统是一个复杂的系统工程，在工程实施的可行性 研究、设计和建设各个阶段都应予足够的重视，全局考虑，才有利于后 期工程的顺利实施，为旅客提供良好的服务，地铁、运营商实现双赢。