关键词：5G；地铁；覆盖；解决方案；探究
0 引言
地铁已经是目前人们出行的主要方式，其对于改善城市交通运行状态有着直接的影响。随着5G商业化发展逐步加速进行，能够有效的促进各个领域的发展，同时也能够满足5G新业务发展的需要，应用到地铁中可以实现地下区域的公共移动通信优质服务，但是5G建设却存在着很多的问题，也会直接影响运行效率，需要综合分析这些问题，并且有效的处理和解决，以推动地铁的高效运行。
1 5G 地铁覆盖的难点分析
城市地铁一般属于封闭性的地下空间，系统内包含多个组成部分，站厅、站台、工作人员区域、区间隧道等等，前三类场景目前已经全部实现DAS （分布式天线系统）覆盖，全部应用的是地铁的漏缆覆盖。地铁运行公司所采用的覆盖系统是目前比较先进的，为中国铁塔公司承建、运营上共享的建设方式，可以实现多平台的接入和使用。目前我国的工信部为了能够大力促进5G事业的发展，设置了全新的工作频段，明确的规定了5G所需要是使用的频段，为5G的建设和使用提供了基础条件。经过目前的实际情况分析，在Sub 6G （ 6 GHz 以下） 频段部署 5G ，有着非常明显的优势，其可以给用户带来不一样的上网体验，与以往的上网速度对比来说，其是非常快的，可以达到之前的10倍以上。但是与之而来的问题也是比较严重的，该频段设置到室内空间中，覆盖范围难以扩大，能力也比较差。从电波的传播规律出发，频率越高，其在空中的传播损失也就会越大，穿透墙体或者玻璃等物体时，所产生的损失也是比较大的。表 1中明确的支出了不同频段的空口损耗差参数。
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根据表1中的相关数据分析可以发现，电波在3.5 GHz 频段之下传播过程中损耗相对较大，与传统 Sub 3G 所应用的1.8 GHz频段对比可以发现，其综合损耗会超出10.6 dB 左右。再考虑到不同建筑物的阻挡问题，高频覆盖在室内深处有着更为不利的后果，所以和Sub 3G 频段对于分析，需要在室内空间中设置单独一张3.5 GHz 频段的 5G 网络。
1.1 站台、站厅覆盖分析
地铁站台、 站厅覆盖主要主要应用的是 DAS 系统，其主要包含功分器、耦合器、馈线、吸顶天线等结构部分。当前已经建设使用的是DAS 系统并不支持 5G 频段，要想进行全面的系统升级和改造，需要投入大量的资金，成本相对较高，面临着比较大的挑战。
首先，DAS系统并不会支持Sub 3G（ 800~2700 MHz ）频段。经过大量的分析可以发现，Sub 3G 器件的关键性能指标都不能达到3.5 GHz 频段的要求。因此，目前所应用的主流DAS系统单并不能支持3.5 GHz 频段的运行，总体的使用效果比较差。不同频段室内端到端损耗差见表 2 。
表 2 不同频段室内端到端损耗差
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根据表2中的数据分析可以发现，3.5 GHz 比 1.8 GHz 的端到端损耗高 9 dB 。针对与 4G 网络叠加改造 5G ，网络覆盖护产生更大的负面影响，也会导致系统的运行难以满足使用的需要。 如果要想满足当前的同点位覆盖的要求，就需要将5G信号源功率直接提升到 160 W，或者 5G信源数量持续的增多，一般需要达到以往的8倍以上。这些处理方法的综合效果都比较差，且成本比较高，并不具备实操性。同样，要进行全新的5G信号源系统的建设，也会投入大量的资金，成本难以降低，综合效益非常低。 另外5G 与 2G / 3G / 4G 网络共存，内部存在着大量的天线，会导致系统的干扰性比较强，运行也更加的复杂，并且综合分析之后，确定5G信号源的工作频率更大、频段更宽，所以干扰更加的严重，而应用无源分布式天线进行改造或者重新建设都无法提供有效的支持 3.5 GHz 频段的 5G 网络稳定的运行，或者工作效果比较高。 基于此，经过多方面的考虑分析，选择使用 DIS （室内数字系统）覆盖，是解决当前这些问题的主要措施，对于改善地铁的网络运行环境是有益的。
1.2 隧道覆盖分析
当前的地铁内部网络系统的设置主要采用的是 13/8" 漏缆覆盖，按照TEM （电磁波）传播数据的计算公式可以确定： 13/8" 漏缆截止频率为 3 GHz ，并不能有效的满足3.5 GHz 频段的正常通信需要，甚至还会造成不利的后果。即使应用相对比较大的功率3.5 GHz RRU 来做好主要运行系统可以满足网络的运行需要，也会因为缆线不能满足使用的需要而导致损耗比较严重，进而造成覆盖的效果比较差。由此可见，在存量隧道场景3.5 GHz 和 1.8 GHz 的会有着明显的差异，因此需要在新建设的网络区域中有限使用2T2R（2发2收）设备漏缆作为主要的支持结构，然后选择使用 3.5 GHz 缆线的 1-1/4" 漏缆覆盖到整个区域中，以达到正常的使用需要。新型的 1-1/4" 漏缆主要由螺旋皱纹铜管所组成，槽孔结构的开槽方式也进行了必要的优化，缆线的指标相对比较好，完全能够达到3.5 GHz 频段运行的需要。
除此之外，还应该综合考虑实际情况，选择使用可变耦合损耗漏缆或者泄漏型波导管结构来进行覆盖处理。前者主要是为了能够达到恒定信号电平的要求，所形成的耦合损耗会伴随着泄漏缆电缆的轴向长度而逐步的减低泄漏电缆，其主要的作用就是能够有效的补偿传输环节的损耗，同时还能够保证在电缆的整个结构位置上覆盖的电平损耗可以达到一个相对稳定的数值之下；而后者主要是的使用原理就是利用波导管传输损耗小、信息量巨大、场强分布均匀、抗干扰能力比较强等等优势，无论是哪种技术，都能够满足3.5 GHz 频段的连续覆盖要求。 但是目前的实际情况却是，耦合漏缆与波导管还没有实现大规模的商用，虽然地铁CBTC （通信列车自动控制系统）系统已经全部使用波导管来作为主要构件，但是其每米的造价是传统的漏缆材料5倍以上，导致规模使用效果比较差，成本相对较高，因此，目前的5G隧道场景的网络覆盖依然以漏缆为主要的方式。
2 现阶段 5G 地铁覆盖解决方案选择
经过上文的多方面分析和研究，5G地铁内部的网络覆盖主要是应用传统漏缆+ DIS 方式来进行覆盖，根据目前实际情况，主要包含如下几种场景。
1 ）新建场景 1
采用 DAS + DIS 混合组网方式， DIS 主要是覆盖站厅在、站台等空间中，隧道则主要使用的是RRU+ 泄漏电缆覆盖。
2 ）新建场景 2
存量 DAS 场景 2-1 ： DAS 泄漏电缆没有直接穿越站台， DAS 信源设置在隧道空间中。
存量 DAS 场景 2-2 ： DAS 泄漏电缆没有直接穿越站台， DAS 设置杂站台中。
上述两个场景全部可以采用DIS 覆盖站台和站厅。
3应用情况
在5G手机应用的过程中，例如杭州发布的“5G智慧地铁”活动中说明。当前5G试点已经覆盖地铁线路，5G智能货柜、5G+AR地铁全息教学、5G巡检机器人等多项应用在地铁场景得到展示随着5G应用多元化的发展，适应轨道交通场景的定制化应用必将越来越广泛。
3 结束语
地铁覆盖场景是进行网络通信设计的主要内容，也是非常关键性的工作，是各个运营商关注的重点，采用5G高频段的频段，会导致覆盖难度的增大。本文主要结合当前的地铁覆盖设计情况，总结出切实可行的应对策略，最终确定合适的覆盖方案，同时将先进的高频材料和施工工艺应用到实践中，确定最为科学合理的实施方案，以更好的优化地铁场景覆盖，为促进未来的地铁事业全面发展奠定坚实的基础。
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论文作者:郭敏龙
论文发表刊物:《科学与技术》2019年19期
论文发表时间:2020/4/28
标签：频段论文; 地铁论文; 场景论文; 系统论文; 的是论文; 站台论文; 波导管论文; 《科学与技术》2019年19期论文;