姚賽彬 李鵬飛 戚喜成

（1 中國(guó)聯(lián)通上海市分公司 上海 200080）

(2 中國(guó)聯(lián)通研究設(shè)計(jì)院上海分公司 上海 200080）

2010年上海軌道交通線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)里程達(dá)410km（不含磁浮示范線），位居世界第一，日均客流量已達(dá)600萬(wàn)人次，高峰已接近700萬(wàn)人次。為保證乘客的通信感受和服務(wù)質(zhì)量，特別是高峰擁擠時(shí)段的乘客正常通信需求，中國(guó)聯(lián)通上海市分公司針對(duì)軌道交通建筑特點(diǎn)、列車構(gòu)造進(jìn)行分析研究，制訂新老線路建設(shè)、優(yōu)化和改造專題技術(shù)方案。通過(guò)總結(jié)優(yōu)化策略和研究，推廣于軌道交通GSM&WCDMA網(wǎng)整體建設(shè)、規(guī)劃以及優(yōu)化工作中。

1 研究背景

1.1 上海軌道交通建設(shè)

截止到2010年4月20日，上海軌道交通線網(wǎng)已開通運(yùn)營(yíng)11條線、266座車站，運(yùn)營(yíng)里程達(dá)410km（不含磁浮示范線），位居世界第一。另有全線位于世博園區(qū)內(nèi)，僅供世博園游客和工作人員搭乘的世博專線，近期及遠(yuǎn)期規(guī)劃達(dá)到510km和970km。

1.2 地鐵列車分類

參照國(guó)際通行標(biāo)準(zhǔn)，城市軌道交通列車可分為A、B、C三種型號(hào)，分別對(duì)應(yīng)3m、2.8m、2.6m的列車寬度。上海軌道交通主要采用A型（1、2、3、4、7、9、10、11號(hào)線），采用6或8節(jié)編組列車；以及C型（5、6、8號(hào)線），采用4節(jié)編組列車，列車的車型和編組決定了車軸重量和站臺(tái)長(zhǎng)度。A型車是目前最高端的城市軌道交通列車。其特點(diǎn)是車體寬和編組大，6節(jié)編組A型列車最大載客量為2460人，上海軌道交通1、2號(hào)線的阿爾斯通和西門子8節(jié)編組A型列車最大載客量達(dá)到3280人。

1.3 列車運(yùn)營(yíng)人流量、話務(wù)需求

根據(jù)高峰時(shí)段站內(nèi)候車、出入站人數(shù)和車內(nèi)人數(shù)一樣計(jì)算，實(shí)際高峰時(shí)段單站最多人流將達(dá)到6560人。根據(jù)預(yù)測(cè)話務(wù)量＝覆蓋面積（最大容納人數(shù)）×手機(jī)使用率×移動(dòng)市場(chǎng)占有率×運(yùn)營(yíng)商人均話務(wù)量。

以聯(lián)通20%用戶占比計(jì)算，約為1300人，以10%的手機(jī)使用率和人均0.013Erl計(jì)算，單站約1.69Erl發(fā)生。

而以2010年上海軌道交通日均客流量600萬(wàn)人進(jìn)行計(jì)算，上海聯(lián)通用戶軌道交通內(nèi)的話務(wù)預(yù)估量=6000000×10%×20%×0.013＝ 1560Erl。

2010年5月軌道交通室內(nèi)站點(diǎn)的話務(wù)統(tǒng)計(jì)顯示，5月31天的最高日話務(wù)量1661.43Erl，最少日話務(wù)量949.83Erl，平均 1374.58Erl。

2 上海聯(lián)通在軌道交通內(nèi)的現(xiàn)狀

上海聯(lián)通自1998年開始參與上海軌道交通的覆蓋建設(shè)，已完成1、2、4、6、8（一期）、9（一期）號(hào)線等地下站點(diǎn)的GSM網(wǎng)覆蓋建設(shè)，自2009年底，開始對(duì)1、2、4、6、7、8、9、10、11、13號(hào)線等地下站點(diǎn)的WCDMA網(wǎng)覆蓋建設(shè)，同時(shí)對(duì)3、5號(hào)線以及其余線路地面站點(diǎn)的GSM&WCDMA雙網(wǎng)的覆蓋建設(shè)、優(yōu)化。

2.1 軌道交通地下站點(diǎn)的WCDMA覆蓋需求

隨著上海聯(lián)通WCDMA網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展，以及大量3G用戶實(shí)際使用要求，對(duì)于重點(diǎn)交通比如機(jī)場(chǎng)、火車站、長(zhǎng)途客運(yùn)以及軌道交通等的建設(shè)需求也逐步顯現(xiàn)，位于地面的機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓、火車站候車室、長(zhǎng)途客運(yùn)來(lái)說(shuō)，由于宏站的建設(shè)也能解決多數(shù)區(qū)域的覆蓋問(wèn)題，最大需求點(diǎn)反而集中在容量上。

而軌道交通，由于多數(shù)站點(diǎn)位于地下、站廳、站臺(tái)、換乘通道以及隧道間的覆蓋問(wèn)題，是一個(gè)必須通過(guò)室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)才能解決。而競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手中，TD的建設(shè)由于奧運(yùn)以及世博的需求，移動(dòng)公司已先一步完成了網(wǎng)絡(luò)架設(shè)，EV-DO則通過(guò)和cdma 1x的同站同柜的擴(kuò)容升級(jí)也在2009年中完成。因此快速、有效完成WCDMA網(wǎng)在軌道交通地下站點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋建設(shè)也日益迫切。

2.2 老線路的GSM網(wǎng)覆蓋問(wèn)題

上海軌道交通1、2號(hào)線地下站點(diǎn)分布系統(tǒng)建設(shè)于2000年左右，已運(yùn)行約10年，4、6、8、9號(hào)線也已運(yùn)行有5年左右，不僅存在了線路老化問(wèn)題，設(shè)計(jì)思路和設(shè)備性能也和現(xiàn)在存在差距。同時(shí)各運(yùn)營(yíng)商對(duì)地鐵線路的3G改造也對(duì)2G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋產(chǎn)生了影響。通過(guò)前期的摸底測(cè)試及統(tǒng)計(jì)分析，如表1所示。

由于測(cè)試基本在白天完成，考慮早晚上下班高峰時(shí)密集人流量增加阻擋10～15dB的衰減，非高峰RXLevel低于80dBm，在人流高峰時(shí)都會(huì)存在一定的弱覆蓋。因此除4號(hào)線以外，其余幾條線的隧道都會(huì)出現(xiàn)GSM網(wǎng)弱覆蓋乃至脫網(wǎng)問(wèn)題，而日常的用戶投訴以及后臺(tái)統(tǒng)計(jì)的掉話等指標(biāo)也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。

3 軌道交通GSM&WCDMA網(wǎng)覆蓋建設(shè)、優(yōu)化及研究

針對(duì)軌道交通的運(yùn)行現(xiàn)狀、各網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況、現(xiàn)有技術(shù)手段等各方面的綜合分析，從WCDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)、覆蓋優(yōu)化以及GSM網(wǎng)技術(shù)設(shè)備升級(jí)等方面著手實(shí)施，確定了兩個(gè)方面的實(shí)施策略：針對(duì)新線路GSM&WCDMA網(wǎng)兼顧、合理設(shè)計(jì)；針對(duì)老線路WCDMA網(wǎng)增補(bǔ)，GSM網(wǎng)設(shè)備升級(jí)、線路改造。

3.1 軌道交通GSM&WCDMA網(wǎng)覆蓋指標(biāo)

3.1.1 上海聯(lián)通GSM網(wǎng)(包括GSM900和DCS1800)

（1）無(wú)線信道的呼損率小于2%，無(wú)線信道的接通率大于98%；

（2）同頻干擾保護(hù)比：C/I≥9dB（開跳頻）；C/I≥12dB（不開跳頻）；鄰頻干擾保護(hù)比：200kHz鄰頻道干擾保護(hù)比C/I≥-6dB；400kHz鄰頻道干擾保護(hù)比C/I≥-38dB；

表1 前期摸底測(cè)試情況

（3）無(wú)線覆蓋區(qū)內(nèi)可接通率： 要求在無(wú)線覆蓋區(qū)內(nèi)的95%位置，99%的時(shí)間移動(dòng)臺(tái)可接入網(wǎng)絡(luò)；

（4）室內(nèi)無(wú)線覆蓋邊緣場(chǎng)強(qiáng)：不小于-75dBm；室內(nèi)封閉區(qū)域不小于-85dBm；（軌道交通地下站點(diǎn)考慮車內(nèi)人流阻擋取-80dBm）；

（5）室內(nèi)覆蓋信號(hào)泄漏：在距離建筑10～15m處室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)場(chǎng)強(qiáng)降到-85dBm以下；

（6）在基站接收端位置收到的上行噪聲電平小于-120dBm；

（7）室內(nèi)天線的發(fā)射功率小于15dBm/每載波；

（8）覆蓋區(qū)與周圍各小區(qū)之間有良好的無(wú)間斷切換；

（9）室內(nèi)覆蓋區(qū)域誤碼率（RxQual）等級(jí)為3以下的地方占95%以上。

3.1.2 WCDMA網(wǎng)

3.1.2.1 無(wú)線覆蓋邊緣導(dǎo)頻（CPICH）（下行75%負(fù)載、上行50%負(fù)載）

重要樓宇或區(qū)域(高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù))：導(dǎo)頻覆蓋邊緣場(chǎng)強(qiáng)不小于-85dBm且Ec/Io≥-10；（軌道交通地下站點(diǎn)考慮車內(nèi)人流阻擋取本值）；

次重要樓宇或區(qū)域(低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù))：導(dǎo)頻覆蓋邊緣場(chǎng)強(qiáng)不小于-90dBm且Ec/Io≥-12；

一般性樓宇或區(qū)域(語(yǔ)音業(yè)務(wù)、可視電話業(yè)務(wù))：導(dǎo)頻覆蓋邊緣場(chǎng)強(qiáng)不小于-95dBm且Ec/Io≥-14。

3.1.2.2 通話效果

對(duì)于12.2kbit/s 的語(yǔ)音業(yè)務(wù)，BLER不大于1%；

對(duì)于64kbit/s的CS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，BLER不大于0.5%；

對(duì)于PS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，BLER不大于10%；

覆蓋區(qū)域內(nèi)通話應(yīng)清晰，無(wú)斷續(xù)、回聲等現(xiàn)象。

3.1.2.3 泄露指標(biāo)

導(dǎo)頻信號(hào)在室外10m處不大于-90dBm，或室外10m處小于室外主導(dǎo)頻強(qiáng)度10dB以上。

3.1.2.4 天線輸出功率

一般區(qū)域0～5dBm，推薦3dBm左右；

特殊區(qū)域5～10dBm，推薦7dBm左右。

3.1.2.5 鏈路平衡

在設(shè)置直放站和干線放大器的增益時(shí)，需盡量調(diào)整上下行增益確保上下行鏈路平衡。特別注意如使用上下行分路雙纖傳輸?shù)墓饫w直放站時(shí)，需考慮上下行光纖路由衰耗的不同，通過(guò)光測(cè)量?jī)x器測(cè)量其差異。

原則上要求上下行鏈路損耗相差不大于3dB，最大不超過(guò)5dB。

注：上海聯(lián)通目前未啟用WCDMA網(wǎng)光纖直放站、干線放大器等設(shè)備，因此該項(xiàng)暫不考慮。

3.2 軌道交通地下站點(diǎn)覆蓋設(shè)計(jì)及分析

由于上海軌道交通的建設(shè)歷時(shí)10余年，各條線路的覆蓋建設(shè)包括分布系統(tǒng)也有早有晚，因此較多線路只有2G系統(tǒng)（移動(dòng)GSM、電信CDMA、聯(lián)通GSM）的接入，或者2G系統(tǒng)+移動(dòng)TD（電信EV-DO和cdma 1x合路不做新的計(jì)算），因此聯(lián)通WCDMA的接入，必須在該些系統(tǒng)之上進(jìn)行改造接入。

下面就多系統(tǒng)的接入設(shè)計(jì)進(jìn)行分析（POI系統(tǒng)兼顧地鐵內(nèi)其它合路網(wǎng)絡(luò)）。

3.2.1 站廳層設(shè)計(jì)（新建系統(tǒng)）

地鐵的站廳一般比較空曠，面積在3000～6000m2之間，人流比較密集，但移動(dòng)速率比較慢，站廳的無(wú)線覆蓋可以采用常規(guī)樓宇的天線陣來(lái)進(jìn)行，一般站站廳只需要一套POI設(shè)備即可滿足覆蓋需求。

采用電波自由空間傳播損耗結(jié)合障礙物阻擋模式進(jìn)行，其自由空間傳播損耗計(jì)算公式為：

Ls＝（4πdλ）2＝（4πdf/c）2

式中：d為傳輸距離,單位為m；f為電波頻率,單位為Hz；c為光速。

用對(duì)數(shù)表示為：

Ls（dB）＝ 101g(4πdf/c)2＝201g(4π/c)＋201gf＋ 201gd＝ 32.45＋ 201gf（MHz）＋ 201gd（km）

式中：Ls為電磁波在自由空間傳播時(shí)的傳輸損耗；f為所選取頻率；c為3×108m/s。

表2 各系統(tǒng)空間損耗

天線點(diǎn)位間距一般為20～30m之間，半徑為10～15m左右，建議采用多天線小功率來(lái)覆蓋站廳，考慮到人流密度，系統(tǒng)儲(chǔ)備余量，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)建議天線半徑10m左右。

3.2.2 站臺(tái)設(shè)計(jì)（新建系統(tǒng)）

站臺(tái)的覆蓋采用天線陣和泄露電纜相結(jié)合的方式來(lái)完成覆蓋。泄露電纜從站臺(tái)側(cè)壁中軸線開始敷設(shè)。各運(yùn)營(yíng)商的信源接入POI后，從機(jī)房的饋線跳接到泄露電纜上，進(jìn)行無(wú)線覆蓋，在跳接之前一般耦合出一路信號(hào)覆蓋站臺(tái)，因此，站臺(tái)和隧道區(qū)間均在同一個(gè)小區(qū)內(nèi)。

3.2.3 隧道區(qū)間覆蓋設(shè)計(jì)（新建系統(tǒng)）

上海軌道交通內(nèi)主要使用的泄露電纜為安弗施和安德魯兩家的1-5/8″泄露電纜。以安德魯RCT7-CPUS-3A-AX型號(hào)為例，各系統(tǒng)隧道區(qū)間覆蓋范圍如表5所示。

表3 各系統(tǒng)邊緣場(chǎng)強(qiáng)以及設(shè)計(jì)余量

表4 站臺(tái)各系統(tǒng)邊緣場(chǎng)強(qiáng)以及設(shè)計(jì)余量

通過(guò)以上計(jì)算可以得出對(duì)于兩站隧道區(qū)間距離在1500m時(shí)，電信CDMA，聯(lián)通和移動(dòng)的GSM能夠覆蓋良好，達(dá)到邊緣場(chǎng)強(qiáng)-85dBm的設(shè)計(jì)要求，超過(guò)1500m則需要在隧道區(qū)間增加2G有源設(shè)備；但3G信號(hào)在泄露電纜上輸出310m后就出現(xiàn)弱覆蓋了，必須在隧道區(qū)間內(nèi)開端漏纜來(lái)增加RRU設(shè)備。

為了兼顧2G、3G以及WLAN各系統(tǒng)的覆蓋需求，兩個(gè)地鐵站之間每隔500～600m左右就需要進(jìn)行開端一次。目前地鐵內(nèi)實(shí)際安裝情況如下。

（1）0.8km以下隧道區(qū)間無(wú)需開段；

（2）0.8～1.4km隧道區(qū)間開一段；

（3）1.4～2km隧道區(qū)間開兩段；

（4）超過(guò)2km則需開3段。

此外，斷點(diǎn)的數(shù)量與機(jī)房?jī)?nèi)POI設(shè)備的插損以及機(jī)房只隧道泄露電纜間的饋線長(zhǎng)度有很大影響。（POI設(shè)備的插損見POI系統(tǒng)的分析，本文不做細(xì)述）

3.2.4 （改造系統(tǒng)）

3.2.4.1 站廳設(shè)計(jì)

鑒于移動(dòng)已在所有老線路上完成了TD改造，對(duì)于WCDMA網(wǎng)的站廳覆蓋可以考慮在移動(dòng)TD后級(jí)合路點(diǎn)進(jìn)行改造，上海聯(lián)通采用C/G&TD&WCDMA三頻合路器替換移動(dòng)已有合路器高低頻合路器。

這種接入方式對(duì)移動(dòng)TD以及原有的2G系統(tǒng)無(wú)任何影響。

3.2.4.2 站臺(tái)及區(qū)間設(shè)計(jì)

站臺(tái)和隧道區(qū)間是采用泄漏電纜上下行分纜方式進(jìn)行覆蓋。

現(xiàn)通過(guò)將原隧道內(nèi)分布系統(tǒng)泄漏電纜斷開，新增WCDMA信源接入點(diǎn)，增加多頻段合路器，達(dá)到覆蓋的要求。

多頻段上行合路器：CDMA/GSM/TD/WLAN&WCDMA上行合路器。

多頻段下行合路器：DTV/CDMA/GSM/TD/WLAN&WCDMA下行合路器。

以兩者的合路進(jìn)泄漏電纜的方式進(jìn)行分析：

泄露電纜和饋線等無(wú)源器件，在其任何一段輸入信號(hào)，都可以進(jìn)行信號(hào)的傳播，即使在其兩側(cè)同時(shí)輸入信號(hào)，也可以向兩頭分別輸出信號(hào)，因此，對(duì)于泄露電纜的斷開再接入其它信源，除開接入損耗外無(wú)其它影響。

表5 各系統(tǒng)隧道區(qū)間覆蓋問(wèn)題

圖1 RRU覆蓋方式

RRU往單側(cè)覆蓋，僅需要對(duì)泄露電纜斷開接入合路器即可，每個(gè)斷點(diǎn)對(duì)于2G約產(chǎn)生0.5dB的損耗。

RRU往兩側(cè)覆蓋，需要對(duì)泄露電纜斷開接入兩個(gè)合路器即可，每個(gè)斷點(diǎn)對(duì)于2G約產(chǎn)生1dB的損耗。

若考慮原有系統(tǒng)的老化，原2G系統(tǒng)相比設(shè)計(jì)初的差值更大。因此在對(duì)老線路進(jìn)行WCDMA網(wǎng)該站的同時(shí)，需要對(duì)老線路的GSM網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行必要的復(fù)測(cè)、評(píng)估以及必要的改造。

3.3 老線路GSM網(wǎng)覆蓋改進(jìn)

對(duì)比測(cè)試上海聯(lián)通GSM網(wǎng)和上海移動(dòng)GSM網(wǎng)，上海移動(dòng)軌道交通地下部分的RX-Level大于80dBm的比率基本在90%左右，且隧道中移動(dòng)手機(jī)基本無(wú)脫網(wǎng)現(xiàn)象。

以8號(hào)線為例：上海聯(lián)通地鐵8號(hào)線整體覆蓋比較弱，電平大于-80dBm的占74.52%，大于-90dBm的占89.82%，平均電平78.9dBm；而移動(dòng)公司在8號(hào)線內(nèi)電平大于-80dBm的占93.19%，大于-90dBm的占99.46%，平均電平68.3dBm。

相比移動(dòng)公司，上海聯(lián)通GSM網(wǎng)在隧道內(nèi)的覆蓋水平較差。

3.3.1 原因分析及改進(jìn)措施

上海聯(lián)通GSM網(wǎng)在8號(hào)線（包括1、2、6、9號(hào)線）采用單扇區(qū)配置，覆蓋隧道和站臺(tái)的信號(hào)通過(guò)三功分分路覆蓋。考慮這種配置的功率損耗，至少一個(gè)三功分4.8dB損耗（考慮差損，可能達(dá)到5dB以上）。而移動(dòng)為三扇區(qū)配置。

以5dB的差值計(jì)算隧道泄露電纜的傳播距離（原設(shè)計(jì)邊緣場(chǎng)強(qiáng)為-85dBm），聯(lián)通GSM網(wǎng)在相鄰兩站隧道中間區(qū)段存在RX小于-90dBm甚至更弱情況，這也和部分站點(diǎn)中間GSM網(wǎng)出現(xiàn)脫網(wǎng)或者切換掉話相吻合。

而參考4號(hào)線，原建設(shè)的站點(diǎn)由上海聯(lián)通牽頭進(jìn)行集約化建設(shè)，根據(jù)隧道情況進(jìn)行了如下設(shè)計(jì)：

上海聯(lián)通GSM網(wǎng)即采用三扇區(qū)的配置，站臺(tái)獨(dú)立為一個(gè)扇區(qū)，兩側(cè)隧道各獨(dú)立一個(gè)扇區(qū)，基本確保了隧道內(nèi)聯(lián)通GSM網(wǎng)的良好覆蓋。

這樣，我們?cè)诘罔F中的GSM網(wǎng)覆蓋增強(qiáng)方案就出來(lái)了：采用類似4號(hào)線的三扇區(qū)配置方案（即有多少POI端口，配置多少個(gè)扇區(qū)）。

3.3.2 改進(jìn)情況

2010年4月，上海聯(lián)通移動(dòng)網(wǎng)優(yōu)中心通過(guò)協(xié)調(diào)上海申通地鐵公司，對(duì)1、2、4、6、8、9號(hào)線共計(jì)80個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行多扇區(qū)擴(kuò)容、線路整改及POI改造（1、2號(hào)線POI需要拆開重置具體改造方案見其它文本，這里不做細(xì)述）。經(jīng)整體復(fù)測(cè)，該批線路內(nèi)GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋明顯改善，通話質(zhì)量大幅提高，為上海世博會(huì)地鐵運(yùn)營(yíng)提供了保障。

圖2 不同扇區(qū)配置示意圖

以8號(hào)線為例，改造后GSM網(wǎng)的覆蓋大幅改善，Rx-Level大于80dBm比例達(dá)到90.64%。

3.4 現(xiàn)網(wǎng)概況

截至2010年6月，上海聯(lián)通已完成全部地鐵線路（包括世博專線）地下站點(diǎn)的GSM網(wǎng)覆蓋建設(shè)、WCDMA網(wǎng)增補(bǔ)建設(shè)以及GSM/WCDMA網(wǎng)優(yōu)化工作，總計(jì)涉及199個(gè)地鐵站點(diǎn)，199個(gè)GSM網(wǎng)基站，200個(gè)WCDMA網(wǎng)基站。

4 總結(jié)及后續(xù)研究

本次上海軌道交通地下站點(diǎn)GSM/WCDMA網(wǎng)建設(shè)、優(yōu)化等經(jīng)驗(yàn)將在軌道交通持續(xù)性優(yōu)化中將進(jìn)一步推廣實(shí)施。

而對(duì)于剩余的近70個(gè)地面或高架站點(diǎn)，以及穿行于密集城市區(qū)域及遠(yuǎn)近郊約70段運(yùn)行線路，鑒于列車高速運(yùn)行（60～80km/s）于市區(qū)高架或密集商業(yè)區(qū)，阻擋較多，無(wú)線情況更加復(fù)雜，這一部分兩網(wǎng)覆蓋建設(shè)和優(yōu)化將是后續(xù)的工作重點(diǎn)，目前已有的部分思路比如采用街道站：通過(guò)站點(diǎn)的地面輔助建筑，RRU拉遠(yuǎn)增加獨(dú)立扇區(qū)覆蓋站點(diǎn)周邊道路及商業(yè)區(qū)；采用地面宏站：通過(guò)高架站點(diǎn)的屋頂平臺(tái)，增加宏站覆蓋站點(diǎn)周邊商業(yè)密集區(qū)，另獨(dú)立扇區(qū)路覆蓋列車行進(jìn)路線等。