軌道交通分布系統(tǒng)分析

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摘要:隨著高鐵、地鐵等軌道交通的飛速發(fā)展，乘坐地鐵成為大多數(shù)人出行的選擇。作為城市的重要交通工具，軌道交通每天的乘客流量很大，尤其是上下班時(shí)期，突發(fā)話務(wù)量特別高，當(dāng)然除了語音業(yè)務(wù)的需求外，互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求更明顯。如何在隧道保障無線網(wǎng)的有效覆蓋，且避免干擾，提升各系統(tǒng)的性能，采用單通道還是雙通道模式將面臨一個(gè)重大選擇。本文從單雙通道建設(shè)模式、潛在發(fā)展驅(qū)動力、多系統(tǒng)干擾分析與措施等多個(gè)角度入手，分析了雙通道模式建設(shè)的必要性。

關(guān)鍵詞:軌道交通;無線網(wǎng);覆蓋;雙通道;建設(shè)策略

目前高鐵和軌道交通建設(shè)正在提速。隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市人口逐漸增多，每天人來人往更加頻繁，帶動了快速便捷的城市軌道交通發(fā)展，更多人會選擇軌道交通作為他們?nèi)粘Ｉ舷掳嗟墓ぞ撸谏舷掳喔叻迤谲壍澜煌ǖ娜肆髁孔疃唷＼壍澜煌ㄓ脩粼诔俗倪^程中離不開移動通信，在軌道高速、高密度的特殊環(huán)境中用戶對通話以及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的要求越來越高，因此此項(xiàng)通信覆蓋系統(tǒng)成為移動通信運(yùn)營商新的業(yè)務(wù)增長點(diǎn)。盡快解決軌道交通高密度、高速環(huán)境下通信覆蓋難題能夠?yàn)橥ㄐ胚\(yùn)營商帶來更多的發(fā)展機(jī)會［1－3］。根據(jù)《中國鐵路中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年，為滿足快速增長的旅客運(yùn)輸需求，建立省會城市及大中城市間的快速客運(yùn)通道，規(guī)劃“四縱四橫”鐵路快速客運(yùn)通道以及四個(gè)城際高速客運(yùn)系統(tǒng)［4］。高鐵運(yùn)營里程將會達(dá)到3萬公里以上。目前已經(jīng)開通現(xiàn)代城市軌道交通的城市已有31個(gè)，各大中型城市都在積極發(fā)展軌道交通，以滿足人們更快捷的出行需求。根據(jù)工信息部相關(guān)規(guī)定交通干線、公共交通重點(diǎn)場所、大型場館、多業(yè)主共用商務(wù)樓宇、黨政機(jī)關(guān)等場景必須由鐵塔牽頭建設(shè)，多家運(yùn)營商共享，其他場景室分建設(shè)為做強(qiáng)制性要求;在資源共享、杜絕重復(fù)建設(shè)、節(jié)約投資的大背景下，在高鐵建設(shè)時(shí)期，隧道分布系統(tǒng)的建設(shè)，秉承一次投資、后向兼容將是趨勢所在［5－6］。

1室內(nèi)覆蓋單、雙通道模式

1.1LTE單通道室分LTE單通道室分通常采用RRU信源的1個(gè)通道+1套天饋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，天饋系統(tǒng)通過室分單極化天線發(fā)射和接收，如圖1所示。1.2LTE雙通道室分LTE雙通道室分通常采用RRU信源的2個(gè)通道+2套天饋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，2套系統(tǒng)相同點(diǎn)位采用一副室分雙極化天線或者兩副室分單極化天線實(shí)現(xiàn)發(fā)射和接收，形成2×2MIMO(Multiple－InputMultiple－Output，多輸入多輸出)組網(wǎng)，如圖2所示。為保證LTE雙通道室分的MIMO性能，在有條件的場景盡量采用10λ以上間距(約為1.4m)，兩副室分單極化天線的間距應(yīng)保證不低于4λ(約為0.6m)。這里提到的MIMO是LTE網(wǎng)絡(luò)的重要特征，基本思想是在發(fā)射端、接收端分別采用多根天線同時(shí)進(jìn)行發(fā)射和接收，通過空時(shí)處理技術(shù)，充分利用空間資源，在無需增加頻譜資源和發(fā)射功率的條件下，成倍地提升通信系統(tǒng)的容量和可靠性，以提高頻譜利用率，從而獲得更高的數(shù)據(jù)速率和更好的傳輸品質(zhì)。其技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)如下［8－10］:(1)陣列增益:可以提高發(fā)射功率和進(jìn)行波束形成;(2)系統(tǒng)的分集特性:可以改善信道衰落造成的干擾;(3)系統(tǒng)的空間復(fù)用增益:構(gòu)造空間正交的信道，從而成倍地增加數(shù)據(jù)速率。采用2×2MIMO的小區(qū)速率理論值是SIMO的2倍，實(shí)測值為SIMO的1.5至1.8倍，目前僅LTE雙通道室分支持MIMO技術(shù)［3］。LTE雙通道室分應(yīng)保證兩通道功率平衡，若兩路功率差異較大，則會降低系統(tǒng)的上行解調(diào)能力，影響系統(tǒng)吞吐率，一次新建雙通道，是保障功率平衡的必要手段。對于改造原有一路CDMA室分系統(tǒng)，通過再新建一路的方式，要求雙通道的功率差控制在3～5dB，改造現(xiàn)有分布系統(tǒng)為兩路通道，工程難度大、效果差。

2雙通道模式建設(shè)驅(qū)動力

2.1容量驅(qū)動高鐵在日常生活中已成為人們外出、旅游首先的快捷出行工具，客流量在平日已經(jīng)相當(dāng)大，節(jié)假日人流量更甚［11－12］。地鐵已經(jīng)逐漸成為各大中城市出行的主要交通工具，上下班高峰期人流量巨大。在高鐵和地鐵等軌道交通工具上通過移動終端進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入已經(jīng)成為人們的習(xí)慣，由于單通道數(shù)據(jù)流量容量相對較小，不能滿足人們的上網(wǎng)需求。而雙通道容量為單通道的1.58倍，更能滿足目前的大多數(shù)客流的用網(wǎng)需求。2.2協(xié)調(diào)、施工難度大高鐵建設(shè)時(shí)期是進(jìn)場部署隧道分布系統(tǒng)的最佳時(shí)間，若高鐵建成通車后再進(jìn)場鋪設(shè)漏纜，存在協(xié)調(diào)難度大，施工時(shí)間受限，施工難度大等問題，對鐵路公司的協(xié)調(diào)基本無法完成，考慮到民用通信技術(shù)更新?lián)Q代比較頻繁，且用戶的需求不斷增加，因此建議一次性完成雙通道建設(shè)，便于滿足目前的需求以及未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需求。2.3技術(shù)發(fā)展驅(qū)動5G技術(shù)發(fā)展迅速，在北京懷柔，中國已建成全球最大的5G試驗(yàn)網(wǎng)。各大運(yùn)營商也在積極推動5G試驗(yàn)網(wǎng)的擴(kuò)大建設(shè)，5G發(fā)展進(jìn)一步加速，有望2020年正式商用。5G網(wǎng)絡(luò)作為第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)，其最高理論傳輸速度可達(dá)每秒數(shù)十Gb，這比4G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度快數(shù)十上百倍。而傳統(tǒng)單通道組網(wǎng)簡單，干擾較大，不利于后期5G信號的接入。以雙通道模式來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署，適應(yīng)技術(shù)發(fā)展需求就成了必然［13－14］。

3多系統(tǒng)干擾分析與措施

由于高鐵、地鐵等軌道交通部署一般是多家運(yùn)營商共同建設(shè)，目前三家運(yùn)營商共12個(gè)系統(tǒng)，其中電信接入3個(gè)系統(tǒng)，聯(lián)通接入3個(gè)系統(tǒng)，移動6個(gè)系統(tǒng)。由于多個(gè)系統(tǒng)的共同存在，在分布系統(tǒng)的建設(shè)和使用過程中，通常主要存在以下幾種干擾:同、鄰頻干擾，雜散干擾，接收機(jī)阻塞干擾，接收機(jī)互調(diào)干擾。為了盡量減少干擾的影響，并保證足夠的收發(fā)隔離度，一方面使用高品質(zhì)器件以及在POI內(nèi)加濾波器增加電路隔離，POI隔離需滿足互調(diào)抑制≤－150dBc。另一方面發(fā)射天線與接收天線分開，增加空間隔離。3.1移動E頻段組合干擾包含移動GSM900，DCS1800，TD－LTE2300;聯(lián)通SDR(DCS1800、FDD1800)，聯(lián)通WCDMA2100;電信CDMA800，F(xiàn)DD2100，F(xiàn)DD1800(預(yù)留)。電信LTE1.8G(1860～1880)與電信LTE2.1G(2110～2125)的三階互調(diào)對移動TD－LTE2.3G(E頻段)高頻部分(2360～2370)影響嚴(yán)重。E頻段組合主要應(yīng)用于站廳，為實(shí)現(xiàn)雙通道覆蓋，可通過以下措施解決互調(diào)干擾。解決措施一:電信只開啟FDD2100頻段，則全系統(tǒng)無明顯干擾，可利用雙纜進(jìn)行MIMO部署。解決措施二:電信同時(shí)開啟FDD2100和FDD1800頻段，移動E頻段需工作在2320－2340頻段，可避免三階互調(diào)干擾，可利用雙纜進(jìn)行MIMO部署。3.2移動F頻段組合干擾包含移動GSM900，DCS1800，TD－LTE1900;聯(lián)通SDR(DCS1800、FDD1800)，聯(lián)通WCDMA2100;電信CDMA800，F(xiàn)DD2100，F(xiàn)DD1800(預(yù)留)。移動TD－LTE1.8G(F頻段)與聯(lián)通LTE1.8G(1840～1860)組合三階互調(diào)對聯(lián)通WCDMA上行及移動TD－LTE1.8G(F頻段)自身影響嚴(yán)重。聯(lián)通LTE1.8G(1840～1860)與電信LTE1.8G(1860－1880)組合三階互調(diào)對移動F頻段有輕微影響。解決措施一:無法通過關(guān)閉系統(tǒng)或移頻解決，只能通過上下行分纜解決。解決措施二:可通過不啟用電信FDD1800系統(tǒng)解決，如需開啟通過上下行分纜解決。解決多系統(tǒng)干擾問題，是對每家運(yùn)營商、每個(gè)系統(tǒng)有利的做法，也考慮到未來多系統(tǒng)、多制式發(fā)展做法，增加了分布系統(tǒng)的擴(kuò)展性、兼容性。

4結(jié)束語

綜上所述，一次性建設(shè)雙路漏纜覆蓋高鐵、地鐵等軌道交通隧道、站廳、站臺，是代表目前民用通信未來發(fā)展的主流思路，也是保持領(lǐng)先、適應(yīng)用戶發(fā)展需求、實(shí)現(xiàn)信息化大國夢的可持續(xù)發(fā)展思路。

作者:郭正平 楊慧 羅康寧  單位:中國鐵塔股份有限公司四川省分公司