閆國梁　馬丹　王樹森

【摘 要】為了解決地鐵民用通信系統(tǒng)的傳輸系統(tǒng)設(shè)計問題，通過采用對比探討、逐層深入方式，分析了青島地鐵R1線地鐵車站、地下隧道和山嶺隧道三種場景的傳輸系統(tǒng)設(shè)計方案，提出了纖芯按需分配的均衡方案，并經(jīng)過實際方案數(shù)據(jù)分析，發(fā)散思維提出合理化建議。

【關(guān)鍵詞】地鐵隧道 民用通信系統(tǒng) 傳輸系統(tǒng) 纖芯分配

1 引言

近年來，我國城市軌道交通發(fā)展迅猛，地鐵成為城市交通的重要組成部分，是民眾出行的重要工具。地鐵建成后，由于受到現(xiàn)場環(huán)境與系統(tǒng)環(huán)境的限制，地下站廳、臺層和隧道內(nèi)都是公共移動通信的盲區(qū)，人員密集、流動性大并有多種移動通信需求。將民用通信系統(tǒng)引入地鐵車站和隧道，以實現(xiàn)無障礙通信，并利用地鐵提供的通信人井、機房、托架等資源為地鐵運營提供支持，具有重要的社會效益和經(jīng)濟效益。地鐵民用通信系統(tǒng)一方面承擔(dān)大量的日常民用通信需求，滿足地鐵用戶日常的通信聯(lián)絡(luò)體驗，提升城市形象；另一方面可以作為地鐵應(yīng)急通信系統(tǒng)的重要補充，在緊急情況下分擔(dān)地鐵應(yīng)急系統(tǒng)的通信需求。本文以青島地鐵R1線民用通信系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)實踐為切入點，嘗試探討傳輸網(wǎng)設(shè)計方案如何同時滿足三家運營商需求，以及如何在節(jié)省投資和考慮長遠發(fā)展之間取得平衡。

2 青島地鐵R1線概況

青島地鐵R1線是青島市開工建設(shè)的第三條地鐵線路，也是連接青島東部、西部及北部的一條骨干線路，同時還將青島老城區(qū)、行政中心、商業(yè)中心、東部文化中心、北部生活中心等一系列市區(qū)內(nèi)比較大的客流集散點連接在一起。青島地鐵R1線線路總長為58.4 km，共設(shè)車站22座，其中包含4座地下車站、18座地面高架車站以及5段地下隧道、3段山嶺隧道。

按照使用主體的不同，地鐵通信系統(tǒng)分為運營通信系統(tǒng)、警用通信系統(tǒng)和民用通信系統(tǒng)。運營通信系統(tǒng)、警用通信系統(tǒng)均由地鐵建設(shè)單位按照各自的國家標準及行業(yè)標準負責(zé)投資建設(shè)和運營維護。在我國，地鐵民用通信系統(tǒng)是地鐵建設(shè)的重要組成部分，地鐵投產(chǎn)運營之前需要同時開通，由三大運營商按照運營商通信系統(tǒng)的建設(shè)標準負責(zé)投資建設(shè)和運營維護，地鐵公司提供必要的施工和維護條件。

地鐵民用通信系統(tǒng)包含移動通信引入系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、電源及接地系統(tǒng)、網(wǎng)管系統(tǒng)和通信線路系統(tǒng)。其主要是解決地鐵內(nèi)部的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，滿足乘客的語音及互聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)需求，并解決地鐵車站內(nèi)部商業(yè)用戶的語音專線、數(shù)據(jù)專線及互聯(lián)網(wǎng)專線的業(yè)務(wù)需求。

青島地鐵R1線民用通信系統(tǒng)的地上車站及地上線路部分由各運營商原有通信系統(tǒng)解決，其余部分的通信系統(tǒng)由地鐵民用通信系統(tǒng)解決。通常情況下，民用通信系統(tǒng)的傳輸系統(tǒng)各運營商都是獨立建設(shè)，并通過各自的傳輸網(wǎng)絡(luò)解決無線公眾網(wǎng)的傳輸接入。但在一些特殊場合由于受到現(xiàn)場環(huán)境與系統(tǒng)環(huán)境的限制，如地鐵車站、隧道等特殊場景設(shè)備安裝空間有限，不可能滿足多家運營商同時建設(shè)，需要綜合考慮各種因素建設(shè)一張既能滿足各運營商的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)近期需求，又能滿足其長遠發(fā)展的傳輸網(wǎng)絡(luò)。

3 青島地鐵R1線傳輸系統(tǒng)設(shè)計方案

3.1 青島地鐵R1線民用通信系統(tǒng)

青島地鐵R1線民用通信系統(tǒng)根據(jù)不同的專業(yè)，主要由無線信源部分、電源配套部分和傳輸系統(tǒng)部分組成。具體如圖1所示。

（1）無線信源部分主要包括：POI（Point Of Interface，多系統(tǒng)合路平臺）及其以下的室內(nèi)分布系統(tǒng)、泄漏電纜。

（2）電源配套部分主要包括：開關(guān)電源、綜合柜、龍門架、POI機柜和動力監(jiān)控等設(shè)備，綜合柜、龍門架、設(shè)備底座等設(shè)備的電源線及保護地線；機房走線架、接地子排、光纖走線槽，隧道內(nèi)各設(shè)備點位的配電箱。

（3）傳輸系統(tǒng)部分主要包括：地鐵車站外光纜交接箱；地鐵車站外光纜交接箱至機房的光纜；機房內(nèi)ODF（Optical Distribution Frame，光纖配線架）；BBU（Building Base band Unit，基帶處理單元）和隧道RRU（Radio Remote Unit，射頻拉遠單元）間的連接光纜；車站之間在隧道內(nèi)的連接光纜。

3.2 傳輸系統(tǒng)的設(shè)計分工界面

青島地鐵R1線民用通信系統(tǒng)是由中國鐵塔青島分公司牽頭和三家運營商青島分公司配合分工建設(shè)，具體如下：

（1）中國鐵塔青島分公司牽頭建設(shè)內(nèi)容包括：車站外光交箱、車站外光交箱至機房的光纜、機房內(nèi)ODF、傳輸設(shè)備的安裝，電源線及接地線的敷設(shè)、BBU和隧道RRU間的連接光纜、車站之間在隧道內(nèi)的連接光纜布放等。

（2）三家運營商青島分公司配合建設(shè)內(nèi)容包括：基站至車站外光交箱的傳輸光纜、提供整套傳輸設(shè)備（含電源線、接地線、光纜連接器），機房內(nèi)ODF至傳輸設(shè)備、BBU至RRU、ODF至RRU的連接跳纖，隧道內(nèi)RRU至隧道內(nèi)壁掛式光交箱的連接跳纖等。

3.3 傳輸系統(tǒng)的設(shè)計原則

傳輸系統(tǒng)部分設(shè)計方案首先要滿足地鐵方面的整體要求、中國鐵塔及三家運營商的需求。盡量利舊地鐵已有資源，節(jié)約建設(shè)投資成本，并結(jié)合無線信源部分方案的需求，綜合考慮運營商的后期業(yè)務(wù)發(fā)展合理設(shè)置光纜分纖點。其次要滿足工程建設(shè)需求，為后期業(yè)務(wù)發(fā)展適當預(yù)留?？紤]不同組網(wǎng)方案，結(jié)合三家運營商意見，設(shè)計方案滿足本期建設(shè)需求和適度余量。此外，還需要滿足現(xiàn)場施工的需求，勘察車站、隧道現(xiàn)場情況，綜合考慮三家運營商的原有管道和光纜資源，合理設(shè)置光纜接入點，方便光纜施工和上聯(lián)光纜的接入。

3.4 傳輸系統(tǒng)的設(shè)計

（1）無線信源部分對纖芯的需求

青島移動擬建GSM900系統(tǒng)、TD-LTE系統(tǒng)F頻段和E頻段，青島聯(lián)通擬建GSM900系統(tǒng)、WCDMA系統(tǒng)和FDD-LTE系統(tǒng)1 800 MHz，青島電信擬建CDMA800系統(tǒng)、FDD-LTE系統(tǒng)1 800 MHz和2 100 MHz，其中青島移動TD-LTE系統(tǒng)D頻段、青島聯(lián)通DCS1800系統(tǒng)做預(yù)留。本方案滿足三家運營商接入9個系統(tǒng)，并預(yù)留備用纖芯滿足后期系統(tǒng)的接入。endprint

設(shè)計方案時，按照1個系統(tǒng)主用2芯纖芯，每個設(shè)備接入點安裝18芯以上就能保證設(shè)備正常開通運行；考慮到光纜纖芯的備用情況，在條件允許的情況下每個設(shè)備安裝點光纜成端均大于18芯。

（2）青島地鐵R1線傳輸系統(tǒng)的設(shè)計方案

青島地鐵R1線民用通信系統(tǒng)的建設(shè)主要是受到地鐵整體規(guī)劃建設(shè)方案的制約，需要在地鐵建設(shè)期間同步進行民用通信系統(tǒng)的設(shè)計，地鐵建設(shè)單位劃定的施工窗口期內(nèi)按時完成地鐵民用通信系統(tǒng)的施工和開通。同時，需要與地鐵建設(shè)的設(shè)計和施工單位密切溝通，保證設(shè)計方案的合理性和可實施性。

根據(jù)不同的覆蓋場景，青島地鐵R1線民用通信系統(tǒng)分為地鐵車站系統(tǒng)、地下隧道系統(tǒng)和山嶺隧道系統(tǒng)。其傳輸系統(tǒng)的設(shè)計綜合考慮運營商傳統(tǒng)傳輸系統(tǒng)設(shè)計思想和傳輸設(shè)計的成功經(jīng)驗，并進行大膽創(chuàng)新，成功提出并運用了一些新的設(shè)計理念。

地鐵車站系統(tǒng)光纜線路方案外來光纜接入點統(tǒng)一設(shè)置。由民用通信機房至車站出入口通信人井布放一條144芯光纜，車站出入口通信人井就近設(shè)置576芯光纜交接箱，144芯光纜全部成端，三家運營商每家48芯，滿足各家運營商靈活組網(wǎng)和光纜接入需求。

光纜系統(tǒng)設(shè)計摒棄了傳統(tǒng)的線型結(jié)構(gòu)纖芯遞減的144芯+96芯+72芯組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，采用了線型結(jié)構(gòu)纖芯無遞減的144芯組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，為纖芯資源做了適當預(yù)留。地下隧道系統(tǒng)和山嶺隧道系統(tǒng)左右線隧道內(nèi)各布放一條144芯光纜。在此基礎(chǔ)上，提出了光纜分纖點主用纖芯、備用纖芯和保護纖芯的概念：

主用纖芯滿足光纜分纖點無線設(shè)備安裝點的纖芯需求；

備用纖芯為主用纖芯提供全程1：1的備份，當主用纖芯失效時直接啟用備用纖芯，也可以滿足新的業(yè)務(wù)需求；

保護纖芯為主用和備用提供1：1保護，主要是在每個光纜分纖點處設(shè)置的壁掛式光纜交接箱往兩個方向不同路由、不同機房的接入，當一個方向的光纜纖芯全部失效時從另一個方向的光纜纖芯接入，保證無線信號覆蓋不中斷。

傳輸設(shè)備系統(tǒng)的光纜雙路由保護及端到端備用纖芯預(yù)留，保障傳輸設(shè)備系統(tǒng)在每個機房的傳輸設(shè)備都有來自不同方向、不同路由的光纜接入，并和各運營商的外部原有光纜及設(shè)備資源組網(wǎng)形成環(huán)網(wǎng)保護，保證整個傳輸設(shè)備系統(tǒng)的安全可靠運行。預(yù)留的端到端備用纖芯可以滿足緊急情況下的纖芯需求。

光纜分纖點成端按需設(shè)計，地下隧道系統(tǒng)、山嶺隧道系統(tǒng)的光纜分纖點有以下兩種成端方式：

方式一：纖芯在光纜分纖點全部成端

三家運營商的纖芯分配明確、維護方便，纖芯使用靈活性較大，但線路系統(tǒng)跳接點較多、衰耗較大，投資相對較高。

方式二：纖芯在光纜分纖點按需成端

線路系統(tǒng)跳接點少，投資相對較少，但纖芯分配相對固定，綜合維護相對困難，易出現(xiàn)運營商之間纖芯亂用的情況。

綜合考慮各方面因素，推薦方式二（纖芯在光纜分纖點按需成端）。

4 思考及展望

青島地鐵R1線傳輸系統(tǒng)的設(shè)計參照工信部聯(lián)通[2014]586號文《工業(yè)和信息化部 國務(wù)院國有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會關(guān)于2015年推進電信基礎(chǔ)設(shè)施共建共享的實施意見》，在國內(nèi)業(yè)界率先提出并實施了由中國鐵塔公司牽頭、三家運營商配合的建設(shè)模式。三家運營商共建一套傳輸系統(tǒng)，在滿足近遠期業(yè)務(wù)需求的前提下減少了重復(fù)建設(shè)，提高了通信基礎(chǔ)設(shè)施利用率，為三家運營商節(jié)約了近2/3的投資。

傳輸系統(tǒng)的設(shè)計綜合考慮了光纜芯數(shù)及隧道光纜分纖點之間的矛盾，以及后期施工過程中的設(shè)計變更，如設(shè)備點偏移位置過大、機房至地面光纜交接箱的線路路由不通、隧道內(nèi)槽道空間小、槽道間距小、是否存在電磁干擾等。光纜選型設(shè)計中考慮施工單位技術(shù)能力及后期建設(shè)單位的維護能力，采用了帶狀光纜，光纜成端費用節(jié)約了90%；設(shè)計中選擇的GYDTZA53光纜為低煙、無鹵、阻燃，帶加強芯，雙鎧雙護套鎧裝阻燃光纜，充分考慮了地鐵的施工及使用環(huán)境，同時可以最大程度地保障在發(fā)生自然及意外災(zāi)害時光纜系統(tǒng)的安全。

隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的演進，5G網(wǎng)絡(luò)預(yù)計將會商用部署，青島地鐵R1線傳輸系統(tǒng)的設(shè)計不僅滿足了三家運營商現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)的各種設(shè)備制式的傳輸需求，還兼顧了5G網(wǎng)絡(luò)和其他業(yè)務(wù)長遠的發(fā)展需求。

傳輸系統(tǒng)的光纜芯數(shù)選擇144芯的方案比選擇144芯+96芯+72芯的方案總投資造價高了15%，但是光纜系統(tǒng)預(yù)留的備用資源完全可以滿足5G網(wǎng)絡(luò)的需求，同時在每個光纜分纖點都設(shè)置了反向保護纖芯，保證在主用纖芯出現(xiàn)故障時直接進行業(yè)務(wù)倒換。

青島地鐵R1線傳輸系統(tǒng)光纜纖芯分布統(tǒng)計表如表1所示。

青島地鐵R1線開通運營后，由于運營時間和維護保障時間的安排能給予進行傳輸系統(tǒng)光纜部分再建設(shè)的施工窗口期很短，施工難度大且周期長；若地鐵配套設(shè)施各方面不具備條件，則不能進行再建設(shè)。因此，上述適度超前的設(shè)計方案在一定程度上避免了未來傳輸系統(tǒng)可能需要根據(jù)需求重新建設(shè)的問題，同時也避免了投資過大的問題。

隨著各主流廠家現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造技術(shù)的發(fā)展，未來無線系統(tǒng)主設(shè)備互聯(lián)可能1芯就可以滿足；各種傳輸新技術(shù)的演進，比如PON（Passive Optical Network，無源光纖網(wǎng)絡(luò)）傳輸技術(shù)，未來也可能承載無線系統(tǒng)的需求?，F(xiàn)有無線系統(tǒng)有可能部分退網(wǎng)，那么占用的纖芯則可以騰退一部分。

5 結(jié)束語

地鐵民用通信系統(tǒng)的設(shè)計，尤其是傳輸方案的設(shè)計需要通過工程的積累、不斷地優(yōu)化，用低成本、高保障來滿足民用通信系統(tǒng)對傳輸系統(tǒng)的需求。本文對青島地鐵R1線民用通信系統(tǒng)傳輸設(shè)計方案進行了探討，詳細介紹了設(shè)計的流程、思想和方案，希望通過本案例直觀、多視角展示出方案的可行性和優(yōu)缺點，達到舉一反三、交流學(xué)習(xí)的目的。在傳輸系統(tǒng)建設(shè)的過程中還可能會遇到其他問題，需要選擇合理的設(shè)計方案，同時積極跟進通信技術(shù)的發(fā)展，采用新技術(shù)來解決。

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