一种地铁移动通信系统覆盖的解决方案

12015．09．23中国移动通信集团设计院有限公司第二十一届新技术论坛一种地铁移动通信系统覆盖的解决方案中国移动通信集团设计院有限公司广东分公司周彪傅子维【摘要】：现代都市规模的不断扩大、城市轨道交通的快速发展，使地铁客流量大幅增加。与此同时，人们对地铁中进行高质量通信服务的需求也日益强烈。本文以某市地铁11号线移动通信信号覆盖为设计目标，通过对地铁站台、隧道等场景特点的详细分析，并结合2G与TD-LTE技术特点，探索新的地铁移动通信系统覆盖的解决方案，对未来移动通信系统在地铁、隧道等场景的覆盖解决方案具有一定的借鉴意义。【关键词】：地铁，TD-LTE，移动通信系统，信号覆盖ASolutionofMobileCommunicationSystemCoverageforMetroBiaoZhou,ZiweiFuChinaMobileGroupDesignInstituteCo.,Ltd.GuangdongBranchAbstract:Theconstantexpansionofthemoderncityandtherapiddevelopmentofurbanrailtransitmakesubwaytrafficincreasesignificantly.Atthesametime,peopleonthesubwayforhigh-qualitycommunicationsservicesincreasinglystrongdemand.Inthispaper,wetakethedesignforacity’sMetroLine11mobilecommunicationsignalcoverageforexample.Throughadetailedanalysisofthecharacteristicsofthescenesubwaystations,tunnels,wecombine2GandTD-LTEtechnologyfeaturestoexploreanewmobilecommunicationsystemscoveringmetrosolution,whichiscertainsignificancesforthefutureofmobilecommunicationsystemcoveragesolutionsinsubway,tunnelsandotherscenarios.Keywords:Metro;TD-LTE,mobilecommunicationsystem,signalcoverage中国移动通信集团设计院有限公司第二十一届新技术论坛21项目背景随着移动互联网在中国的飞速发展，移动数据流量呈现爆炸式的增长，三大运营商纷纷加大对移动宽带网络发展的投入，并逐渐把经营模式从传统的语音经营转换到流量经营上。而TD-LTE[1]作为中国移动的主推的4G技术，拥有高峰值数据速率、高小区边缘速率、高频谱利用率等特点[2]，是中国移动四网协同发展的重要组成部分。因此，大力推进TD-LTE技术的发展，是中国移动面向未来实现可持续发展的重要战略举措，而打造TD-LTE精品网络对中国移动保持市场领先具有重大意义。2地铁移动通信系统概述2.1某市地铁11号线基本情况某市地铁11号线南起福田，北至碧头，共18个站，全长51公里。该市11号线是整个城市的核心区与西部滨海地区的组团快线，同时身兼机场快线和城际轨道线路的双重任务。图1某市地铁11号线全景2.2地铁传播环境分析一直以来，地铁场景都是运营商网络覆盖的重点和难点。人流密集、业务量大、通信服务质量要求高等特点，使地铁对TD-LTE网络全覆盖有较高要求。目前，某市大部中国移动通信集团设计院有限公司第二十一届新技术论坛3分地铁站及线路都在地下，室外信号无法直接覆盖，所以必须建立室内分布系统，以保证地铁里的信号覆盖[3]。同时，地铁隧道狭长，当列车经过时，被列车填充后所剩余的空间很小，车体对于信号阻挡较为严重，所以必须采用沿隧道横截面的覆盖方式，以保证地铁里的信号质量。隧道的长度对整个地铁室内分布系统的规划和建设有至关重要的影响[4]。某市地铁11号线站间距离有较大差异，整体平均站距离为2~3km，最长的有7km左右。某市地铁11号线拥有上行车行方向和下行车行方向的两条轨道，上下行轨道之间有隧道壁隔离，每个方向各布设两条泄漏电缆对应上下行信号。泄漏电缆架设在隧道的弱电侧。2.3地铁移动通信系统现状某市地铁11号线内现有分布系统是一个多运营商通过柜式POI接入天馈系统的复杂分布系统。天馈系统上下行分离，上下行均使用独立POI接入。站台站厅使用全向吸顶天线覆盖。隧道内使用13/8″泄漏电缆覆盖。某市移动TD-LTE系统使用BBU+RRU的形式建设，使用E频段开通。3TD-LTE室内覆盖系统设计要求3.1设计原则（1）TD-LTE室内分布系统的建设应综合考虑业务需求、网络性能、改造难度、投资成本等因素，体现TD-LTE的性能特点并保证网络质量，且不影响现网系统的安全性和稳定性。（2）室内分布系统使用双路建设方式能充分体现MIMO上下行容量增益。对于新增室内覆盖的楼宇建设双路室分系统，对于已建设室内分布系统的楼宇优先采用单路室分系统改造，当不能满足业务需求时改造双路室分系统。（3）TD-LTE室内分布系统建设应综合考虑GSM（DCS）、TD-SCDMA、WLAN和TD-LTE共用的需求，并按照相关要求促进室内分布系统的共建共享。多系统共存时系统间隔离度应满足要求，避免系统间的相互干扰。（4）TD-LTE室内分布系统建设应坚持室内外协同覆盖的原则，控制好室内分布系统的信号外泄。中国移动通信集团设计院有限公司第二十一届新技术论坛4（5）TD-LTE室内分布系统建设应保证扩容的便利性，尽量做到在不改变分布系统架构的情况下，通过小区分裂、增加载波、空分复用等方式快速扩容，满足业务需求。（6）TD-LTE室内分布系统原则上使用E频段组网，与室外宏基站采用异频组网方式，在无法进行E频段改造的场景可以使用F频段组网。室内小区间可以根据场景特点采用同频或异频组网。（7）TD-LTE与TD-SCDMA(E频段)共存时，应通过上下行子帧/时隙对齐方式规避系统间干扰。（8）TD-LTE室内分布系统应按照“多天线、小功率”的原则进行建设，电磁辐射必须满足国家和通信行业相关标准。3.2设计指标（1）覆盖指标数据业务热点区域室内有效覆盖指标：在建设有室内分布系统的室内目标覆盖区域内公共参考信号接收功率（RSRP）≥-105dBm且RS-SINR≥6dB的概率达到95％。营业厅（旗舰店）、会议室、重要办公区等业务需求高的区域要建设双路室分系统。目标覆盖区域内公共参考信号接收功率RSRP≥-95dBm且公共参考信号信干噪比RS-SINR≥9dB的概率达到95%。（2）室内分布系统信号的外泄要求室内覆盖信号应尽可能少地泄漏到室外，要求室外10米处应满足RSRP≤-110dBm或室内小区外泄的RSRP比室外主小区RSRP低10dB（当建筑物距离道路不足10米时，以道路靠建筑一侧作为参考点）。3.3站型配置室内覆盖系统原则上单小区配置为O1，载波带宽为20MHz。对于单小区无法满足覆盖及容量需求的场景，可以配置多个小区。3.4工作频段根据国家相关部门批复的频率资源及TD-SCDMA网络频率使用情况，TD-LTE工中国移动通信集团设计院有限公司第二十一届新技术论坛5作频段建议为：（1）F频段：1880-1900MHz，覆盖室外，在特殊需求的场景可用于室内，主要用于广州、深圳和杭州；（2）D频段：2575－2615MHz，覆盖室外，主要用于除广州、深圳和杭州外的其他城市；（3）E频段：2330-2370MHz，覆盖室内，全部城市均使用。4地铁隧道漏缆切割方案设计4.1链路预算地铁分布系统组网有两种方式：前合路与后合路。后合路主要应用在现有分布系统改造上，由于加入了一级合路器，损耗增加，因此覆盖范围会减小。后合路主要应用在新建分布系统一级通过前合路方式改造不能达标的情况。图2后合路中国移动通信集团设计院有限公司第二十一届新技术论坛6图3前合路根据上图中可以看出，射频单元输出的信号主要有两种不同的衰减路径到达泄漏电缆，因此，链路预算需要分别计算这两种场景。（1）场景一：覆盖站台与靠近站台的隧道。信号由射频单元输出后，经过耦合器，耦合端信号覆盖站台，直通端信号馈入泄漏电缆。计算前提：以距漏缆5米处的边缘场强GSM900/DCS1800/TD-LTE不小于-85/-85/-105dBm为前提GSM900/DCS1800/TD-LTE边缘场强要求大于：-85/-85/-105dBm人车体损耗（典型值）：15dB宽度因子及环境综合损耗：8dB95%覆盖率下距离漏缆5米处GSM900/DCS1800/TD-LTE最小耦合损耗分别为73/68/66dBPOI损耗：7dBGSM900/DCS1800/TD-LTE100米线损：2.33/4.1/5.39dB零星损耗3dB功分器损耗：3.3dB耦合器插损：1.8dB假设1：泄漏电缆末端输出的功率为P时边缘场强正好达标，那么有如下的方程式成立：{P−(73+15+8)≥−85dBm𝐺𝑆𝑀900P−(68+15+8)≥−85dBm𝐷𝐶𝑆1800P−(66+15+8)≥−105dBm𝑇𝐷−𝐿𝑇𝐸计算得到中国移动通信集团设计院有限公司第二十一届新技术论坛7P≥{11dBm𝐺𝑆𝑀9006dBm𝐷𝐶𝑆1800−13dBm𝑇𝐷−𝐿𝑇𝐸即漏缆末端GSM900/DCS1800/TD-LTE输出功率为11/6/-13dBm，则能满足地铁列车车厢内的覆盖要求。假设2：泄漏电缆长度为D。GSM900/DCS1800/TD-LTE系统的输出功率为41/41/15.2dBm，POI损耗7dB，漏缆百米线损2.33/4.1/5.39dB，零星损耗约3dB，功分损耗3.3dB，耦合器插损1.8dB。泄露电缆的覆盖距离有如下等式成立：{41−7−3−3.3−1.8−D∗2.33≥−85dBm𝐺𝑆𝑀90041−7−3−3.3−1.8−D∗4.1≥−85dBm𝐷𝐶𝑆180015.2−7−3−3.3−1.8−D∗5.39≥−105dBm𝑇𝐷−𝐿𝑇𝐸计算得出D≤{4.63𝐺𝑆𝑀9003.37𝐷𝐶𝑆18001.67𝑇𝐷−𝐿𝑇𝐸即三个系统GSM900/DCS1800/TD-LTE当漏缆长度小于等于463/337/167米时，覆盖区域内的边缘场强均能达标。（2）场景二：覆盖隧道。信号由射频单元输出后，直接经过POI馈入泄漏电缆。计算前提：以距漏缆5米处的边缘场强GSM900/DCS1800/TD-LTE不小于-85/-85/-105dBm为前提GSM900/DCS1800/TD-LTE边缘场强要求大于：-85/-85/-105dBm人车体损耗（典型值）：15dB宽度因子及环境综合损耗：8dB95%覆盖率下距离漏缆5米处GSM900/DCS1800/TD-LTE最小耦合损耗分别为73/68/66dBPOI损耗：7dBGSM900/DCS1800/TD-LTE100米线损：2.33/4.1/5.39dB零星损耗3dB假设1：泄漏电缆末端输出的功率为P时边缘场强正好达标，那么有如下的方程式成立：{P−(73+15+8)≥−85dBm𝐺𝑆𝑀900P−(68+15+8)≥−85dBm𝐷𝐶𝑆1800P−(66+15+8)≥−105dBm𝑇𝐷−𝐿𝑇𝐸中国移动通信集团设计院有限公司第二十一届新技术论坛8计算得到P≥{11dBm𝐺𝑆𝑀9006dBm𝐷𝐶𝑆1800−13dBm𝑇𝐷−𝐿𝑇𝐸即漏缆末端GSM900/DCS1800/TD-LTE输出功率为11/6/-13dBm，则能满足地铁列车车厢内的覆盖要求。假设2：泄漏电缆长度为D。GSM900/DCS1800/TD-LTE系统的输出功率为41/41/15.2dBm