05 TD-SCDMA地铁覆盖解决方案研究 - 图文

TD-SCDMA网络规划优化创新课题系列

TD-SCDMA地铁覆盖解决方

案研究

中国移动通信集团公司

2007年11月

序 言

TD-SCDMA从被国际电联正式接纳为第三代移动通信标准到今天，经历了七年多的发展和不断完善。采用了TDD双工方式、智能天线、联合检测等新技术，在为系统带来增益的同时也带来了许多挑战。时至今日，TD-SCDMA系统还在不断完善。

为了积极应对TD-SCDMA给中国移动带来的挑战，扎实地推动TD-SCDMA无线网络规划优化技术的研究工作，针对网络建设中出现的比较集中的技术问题，集团公司技术部提出并下达了三十余项研究专题，并组织辽宁、河北、北京、天津、上海、福建、广东、研究院及设计院针对这些专题进行研究。课题承担单位采用理论分析、仿真和试验等相结合的方式对相关问题进行了深入细致的研究，针对TD-SCDMA网络建网初期不同场景的规划，智能天线、规划工具、电磁辐射等专题提出了有价值的结论。技术部先后主持召开了多次评审会，对每个项目逐一进行了细致的审查和技术挖掘，提出了许多修改意见和建议，进一步提升了课题质量。课题促进了TD-SCDMA网络规划和优化工作，有力地支撑了网络建设，提升了中国移动在TD-SCDMA方面的整体技术水平。

为了加快课题成果共享，技术部将研究成果进行了再次审定。希望各单位认真地学习研究成果，在实际工作中应用和完善，力争使研究成果有效地转化为生产力。

欢迎大家对研究报告及时提出反馈意见，以便改进我们的工作。

中国移动通信集团技术部

2007年11月

前 言

TD-SCDMA（以下简称TD）规模试验网建设于2007年上半年正式展开。根据集团计划部要求，地铁隧道及站台作为室内覆盖特殊环境之一，必须完成无缝信号覆盖。然而，由于TD系统信号源发射功率低、高频信号传输损耗大、室内无法使用智能天线等技术限制，使得原有2G地铁室内覆盖系统很难满足TD覆盖要求，以上海为例，就有近50%的地铁站点甚至无法完成隧道内AMR12.2k的语音业务连续覆盖。

若按常规设计方法进行TD地铁覆盖改建，则不得不对运营中的地铁站进行大规模缆线改造，或者在隧道内添加有源的功率放大设备。缆线改造投资成本很高、工程量大，对共用分布式系统的其它运营商网络具有一定影响，且其建设工期受制于地铁公司提供的施工时段和缆线海外订货周期；隧道内引入有源设备虽然对原有分布式系统改动较小，但在隧道中引入的有源设备故障率远高于无源器件，不利于日常维护和应急检修，排障时间很难保证，且隧道内难以为有源设备安全供电。

本方案之前，业界从未专门在地铁实际环境下进行过系统性、规模化测试论证，对TD系统在隧道环境下的传播特性和覆盖能力仅停留在系统仿真和2G系统经验化设计阶段。同时全国试验网地铁环境的TD覆盖工程建设已近在眼前。

本研究项目旨在：

? 基于地铁实际环境，提出具体化的技术解决方案；

? 基于地铁实际环境，切合TD技术特点，寻求创新的设计方案； ? 从技术层面为公司地铁方案决策和谈判提供技术支持和依据； 本研究遵循以下研究思路如图1-1所示（即本研究报告主体文档结构）：

问题定位明确研究对象基于网络容量确定宏观组网方案基于链路预算确定覆盖方案关键因素对覆盖增强方案的实测验证提升研究结论总结方案建议 图1-1 研究思路

? 定位地铁环境下TD信号覆盖的技术难点和形成原因，明确研究对象； ? 基于TD用户模型，从网络容量角度确定系统总体规划方案、信号源类

型需求和后续扩容方案；

? 在满足容量需求前提下，从网络覆盖角度，对链路预算方法和关键环节

进行逐一分析，确定各项设计输入参数取值； ? 分析并验证增强信号覆盖的方法；

?

总结、提升各分项研究结论，提出整体解决方案的技术建议；

鉴于时间仓促、作者水平有限，因此本报告中难免有疏漏不当之处，恳请读者指正。

本报告编制单位：中国移动上海公司计划部研发中心 本报告主要编制人：阴启明，刘之浩，许剑萍 本报告主审单位：中国移动通信集团技术部 本报告主审人：丁海煜

TD-SCDMA地铁覆盖解决方

案研究

目录

1. 范围 ...................................................................................................................................................................1 2. 参考文献 ..........................................................................................................................................................1 3. 本课题主要结论 .............................................................................................................................................1 4. 分项研究内容..................................................................................................................................................2 4.1

问题定位 .................................................................................................................................................2

4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4

4.2

地铁环境简介 ...............................................................................................................................2 地铁TD弱覆盖技术原因 ...........................................................................................................3 地铁TD弱覆盖非技术原因.......................................................................................................4 影响TD地铁覆盖关键因素定位..............................................................................................4 频率配置 ........................................................................................................................................5 分区方式 ........................................................................................................................................5 扩容步骤 ........................................................................................................................................6 容量估算 ........................................................................................................................................8 链路预算设计思路 ....................................................................................................................10 信号最大发射功率 .................................................................................................................... 11 业务解调门限 .............................................................................................................................12 共分布式系统方式及损耗.......................................................................................................12 移动性要求 .................................................................................................................................18 其他空间损耗 .............................................................................................................................23 系统容量对覆盖的影响 ...........................................................................................................24 系统优化对覆盖的影响 ...........................................................................................................26 链路预算小结 .............................................................................................................................27 泄漏电缆补偿方式 ....................................................................................................................28 定向天线补偿方式 ....................................................................................................................30 添加干放补偿方式 ....................................................................................................................31 多通道合路方式.........................................................................................................................32 隧道内有源补偿方式................................................................................................................34 各覆盖增强方式小结................................................................................................................36

组网方案 .................................................................................................................................................5

4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4

4.3

系统覆盖 ...............................................................................................................................................10

4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 4.3.5 4.3.6 4.3.7 4.3.8 4.3.9

4.4

覆盖增强方案 ......................................................................................................................................28

4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.4 4.4.5 4.4.6

5. TD地铁覆盖方案建议 .................................................................................................................................38 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5

设备集成化方案 ..................................................................................................................................38 多址小区合并组网方案.....................................................................................................................39 容量换覆盖的可选方案.....................................................................................................................41 地铁工程方案建议 .............................................................................................................................42 地铁覆盖方案建议小结.....................................................................................................................43

6. 总结 .................................................................................................................................................................44

1. 范围

本研究由定位影响TD地铁覆盖的关键问题入手，基于信号受限折算电平法，结合实际地铁隧道内测试，修正了链路预算的关键输入参数；深入分析、比较了设计方案中不确定的合路方式、干扰程度、补偿方法等内容，并结合实测数据对结论进行了验证；通过引入创新的补偿方式及组网方案显著提升了隧道内TD业务覆盖距离，有效避免了大规模旧站改造和隧道内引入有源设备所增加的日常运营维护成本和难度，为上海公司及全国其他省公司提供了全面、详尽的技术方案。

2. 参考文献

1． 阴启明，刘之浩，许剑萍．TD-SCDMA地铁覆盖性能测试报告[J]．中国移动上海

公司，2007（08）

3. 本课题主要结论

本课题的主要结论包括：

? 定位地铁环境下影响网络覆盖的关键问题，其中包括：

a) 信号源的类型和相应发射功率； b) 地铁环境下接收机解调性能；

c) 多系统合路方式及相应的损耗和干扰 ； d) 信号补偿方式及相应系统增益； e) 终端移动性对网络设计的要求；

f) 地铁环境下的其他损耗（车体、人体、保护门）； g) 容量对多址干扰的提升；

? 明确提出多载波异频组网和阶梯形扩容方案；

? 引入业务信道受限反推公共信道电平指标的精细化设计方法，分别从业务信道和公

共控制信道两方面入手，并结合不同增益补偿方法，获得更科学、合理的覆盖电平指标；

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? 结合实际环境测试，对关键链路预算参数的修正和量化，显著提升链路预算的精确

程度；

? 对设计方案可选项（合路方式、补偿方式、缆型选择等）的优缺点分析和选择建议，提出优选上行合路方式及各补偿方式所适用的隧道区间距离等相关结论。 ? 根据问题定位，结合下行链路补偿和单小区设置等创新方法，在不引入有源设备、不更换缆线的情况下，将原覆盖距离提升了40%~50%；

? 针对典型环境提出集成化的信源设计改进建议，并得到集团技术部认可； ? 相关研究为公司贡献两项国家发明专利；

4. 分项研究内容

4.1 问题定位

4.1.1 地铁环境简介

与多数普通楼宇的室内覆盖场景不同，地铁环境下的室内覆盖系统往往由独立运营单位（即轨道交通运营公司）牵头建设，并以租赁的形式为各大运营商提供可以共用的室内分布系统。因此，分布式系统的建设和日常维护完全由地铁公司掌控。

每个地铁车站均设有独立通信机房。机房内采用多系统合路平台（POI），将各家运营商基站信号合路后，分上、下行（Tx和Rx）两路信号，分配到站厅和隧道。站厅一般使用室内全向天线（也有采用泄漏电缆覆盖通道的情况）覆盖，隧道则采用泄漏电缆覆盖。

地铁车站拥有上行车行方向和下行车行方向的两条轨道，每个方向各布设两条泄漏电缆对应上下行信号，因此，对于一个地铁车站拥有连接相邻车站的8条泄漏电缆，如图4.1-1所示。车站与车站由同一条泄漏电缆相连，中间一般不截断。隧道内走线，强电和弱电左右各走一侧，具有严格区分，泄漏电缆架设在弱电侧。

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图4.1-1 当前地铁环境分布式系统和漏缆的布放形式

对于不同的车站，其与相邻车站的隧道区间长度具有较大差异。较短的隧道不到1km，长隧道（如横跨江隧道）则超过2km。目前国内典型城市的平均站距为1.3km~1.4km。

4.1.2 地铁TD弱覆盖技术原因

从技术角度分析，造成TD系统地铁环境下信号弱覆盖的原因主要包括： ? TD信号源发射功率较2G小；

当前TD主流基站主要服务于室外环境，因此仅支持2W即33dBm，和2G系统相比，有将近10dB的功率落差；

? TD在泄露电缆和射频缆上的传输损耗较2G大；

TD信号频段大于2GHz，其缆线传输损耗高于GSM信号。例如，900MHz信号在13/8” 泄露电缆和射频缆上的传输损耗一般小于2.5dB/100m,而2200MHz信号则分别高达5dB/100m和4dB/100m；

? 室内环境下TD智能天线技术无法使用；

室内环境下主要使用的吸顶全向天线（站厅）和泄露电缆（站台和隧道），无法使用多元阵列天线，因此TD系统在室内的抗干扰能力将大幅下降，致使功率匹配失衡，影响覆盖距离；

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4.1.3 地铁TD弱覆盖非技术原因

从非技术角度分析，地铁环境不利于TD信号覆盖的因素包括：

? 地铁地下站平均站距为1300m，且存在2km以上的跨江隧道区间，覆盖

距离要求高；

? 地铁隧道区间内日常维护受限，不宜安装有源设备； ? 原地铁旧站使用的缆型陈旧，损耗较大；

? 原地铁旧站工程改造难度高、工程量大、时间紧； ? 地铁忙时人流量高、乘客密度大；

4.1.4 影响TD地铁覆盖关键因素定位

根据2G网络建设经验，结合上述原因分析，本研究将影响地铁环境下TD覆盖的关键因素定义为以下7点，并作为本文的研究重点，如图4.1-2所示：

① 信号源的类型和相应发射功率； ② 地铁环境下接收机解调性能；

③ 多系统合路方式及相应的损耗和干扰 ； ④ 信号补偿方式及相应系统增益； ⑤ 终端移动性对网络设计的要求；

⑥ 地铁环境下的其他损耗（车体、人体、保护门）； ⑦ 容量对多址干扰的提升；

图4.1-2 影响TD地铁覆盖的关键因素

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4.2 组网方案

本部分的研究目的是为了确定地铁系统宏观组网方案，同时也为之后的微观链路预算中关键环节（信号源类型、系统容量对覆盖的影响等）的取值提供依据。

4.2.1 频率配置

通过同频、异频组网对比测试结果显示，由于室内无法使用智能天线，同频组网（包括N载波同频组网）下业务信道的载干比、业务质量、容量等网络指标明显恶化，同时考虑到尽量减少不必要的切换，应尽量减小小区数量，因此建议采用三载波异频组网，即每个小区使用独立的5MHz频段。

通常单个站点根据地铁的物理空间分割成多个小区，由于频率资源有限，多个小区间应尽量利用地铁的自然建筑空间隔离采用同频复用，如图4.2-1所示，（图中F1=[f1\\f2\\f3]、F2=[f4\\f5\\f6]均为三载波5MHz）。例如，覆盖站台/地铁隧道的小区和室外宏站可以采用同频复用；相邻地铁站的站台/地铁隧道和站厅可以采用同频复用。需要注意的是，和宏站相邻的小区（站厅及拥有地上段的隧道小区）其频点规划应与室外宏站频率规划同时考虑。

图4.2-1 地铁站点空间频点复用

4.2.2 分区方式

在具体划分小区时，地下地铁站的建筑区域会分为站厅与站台两层，站台与地铁隧道同层，因此，一般来说，地下地铁站至少会分为两个小区，站厅与站台各一个小区，分区边界为站厅与站台间的扶梯/自动扶梯区域。

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对于规模较大的地铁站，还需要进一步的分区。与地铁隧道平层的地铁站台，由于是候车区域，人员集中，且地铁车厢内的人员数量也很庞大，因此，地铁站台的容量需求很大，需要分为两个小区。通常可以采用的分区方式有：

? 水平分区

沿隧道方向，将站台水平一分为二，不同车行方向隧道的泄漏电缆，传送不同小区的信号，如图4.2-2所示。该种方式下，切换区与位于两条地铁隧道的中间区域，与地铁隧道方向平行、几乎涵盖了人员流动频繁的整个站台侯车区域，切换次数多。

? 垂直分区

垂直于隧道方向，将站台垂直一分为二，与同一相邻车站连接的泄漏电缆传送同一小区信号，如图4.2-2所示。切换区通常位于站台的中央、与地铁隧道方向垂直，切换区面积较小，切换次数少。

图4.2-2 站台/隧道小区分区俯视图

由于采用水平分区，其切换区域面积大，且处于人流量大、人员集中区域，会造成切换次数多，容易乒乓切换、掉话、系统负荷大等网络问题，而且切换区域范围容易受地铁列车进出等周围环境的变化而变化系统负荷大，因此建议采用垂直分区方式。

4.2.3 扩容步骤

根据不同时间阶段的网络容量需求，地铁站点应采取以下阶梯式的扩容方案与不断上升的话务量需求相匹配：

? 不分区

网络运营初期，TD用户数量较少、容量需求低，网络以满足覆盖为主，采

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用多载波、单小区配置。

图4.2-3 多载波单小区组网

? 站台-站厅上下层分区

隧道/站台、站厅采用不同的小区覆盖，小区间采用异频，并利用空间布局自然隔离。

图4.2-4 站台-站厅上下层分区扩容方式

? 隧道/站台小区分裂

在站台-隧道小区中间垂直隧道分裂为两个小区。如站厅话务量过大，也可采用类似的方式进行扩容。也可将站厅层进行小区分裂，进一步形成四扇区。

图4.2-5 隧道/站台垂直分区扩容方式

? 增加载频

当由于工程实施、隔离度等原因难以再通过空间隔离进行小区分裂时，可通过增加每个小区的载频配置，进一步扩大容量。

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图4.2-6 增加载频扩容方式

考虑到频率资源有限，建议采用先小区分裂，后增加频点的阶梯式扩容，也就是不分区→站台/站厅分区→站台/隧道小区分裂→增加载频的扩容步骤，如图4.2-7所示。

图4.2-7 地铁站点扩容阶梯

对于当前TD试验网，仅有2010~2025MHz的9个载波可用，增加载频方式在无新增频点情况下不适用。为了便于今后分区扩容的工程实施，建议TD地铁覆盖建设/改造时，对于分布式系统，应预先为后续扩容做好分区预留。在信号源类型的选择上，建议使用支持多载波、多小区配置的大容量基站型号。

4.2.4 容量估算

本研究采用了目前TD规划中最常用的混合业务等效爱尔兰容量估算方法。具体计算过程如下文所示：

1) 根据业务模型，求得单业务等效爱尔兰及时隙比例关系；

2) 根据单小区所能支持的信道数，求得单小区支持的爱尔兰业务量； 3) 根据上述结果和地铁站的用户数，求得信号源类型的最低需求及数量； 其中需要特别指出的是，在计算单小区所能支持的爱尔兰业务量时，一般情

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况下需考虑干扰对容量的影响。但由于本方案采用异频方式组网，且以不损失系统实际容量作为为本研究出发点之一，因此，容量估算中假设小区内BRU受限。

以上海实际情况为例，所得容量估算结果如下：

由上海地铁M1、M2、M4号线的GSM网话务统计可得：日忙时出现在18:00~19:00之间，而且话务量平滑递增，如图4.2-8所示。

爱尔兰量人民广场站徐家汇站陆家嘴站体育馆站杨树浦路站马戏城站临平路站站数

图4.2-8 上海地铁运营站点GSM网络忙时话务量统计

为了掌握地铁实际环境乘客数和分布规律，选取若干离散及特殊站点（图4.2-8中蓝色站点）进行了实地统计估算。统计结果如下表4.2-1所示：

表4.2-1 上海地铁典型站点客流人数统计

话务量典型站人流统计 车站名称 小区人数 人民广场 13420 徐家汇 8160 陆家嘴 6870 上体馆 5740 临平路 3005 杨树浦路 2367 马戏城 2310 根据各地铁站点统计结果，以上海TD试验网业务模型为例（至2009年TD用户数为100万手机终端用户+66万数据卡用户计），按混合业务等效爱尔兰容量估算方法计算得到，除人民广场站需要6载波两小区设置外，其他站点仅需3载波单小区即可满足需求。

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4.3 系统覆盖

4.3.1 链路预算设计思路

在TD-SCDMA系统中，信号电平仍是判断系统覆盖强弱的关键性指标，主公共信道P-CCPCH的RSCP是衡量TD信号电平强度的测量对象。但是，除了满足公共信道的电平要求外，业务信道的信号干扰噪声比SIR是决定系统业务覆盖距离的最终因素。由于具有CDMA性质系统的自干扰性，SIR和信号电平对应关系的不确定性要远大于TDMA性质的GSM系统，且和物理传播环境、系统容量等因素密切相关。因此，在地铁环境下，确定系统目标电平需遵循图4.3-1中所示的过程。

图4.3-1 基于受限因素的电平折算设计思路

1) 确定目标覆盖业务类型；

2) 从业务信道的上、下行和下行公共信道三条脉络同时进行链路预算； 3) 从三条脉络的链路预算中确定信号覆盖的受限因素；

4) 基于该受限因素折算出此时公共信道的RSCP电平值作为工程指标； 表4.3-1中，根据上海地铁实际情况以AMR12.2k业务为例，引用TD室内覆盖链路预算经验值，根据上述方法进行了估算，可见该系统为业务信道下行受限，受限距离约为650m，此时公共信道电平值为-85dBm，因此以AMR为覆盖目标进行工程建设时应以该值为标准，而不是PCCPCH的受限值-98dBm。

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下表仅为链路预算方法的举例，链路预算中除了考虑表中的关键环节外，还需根据地铁实际情况考虑切换重叠区、容量对覆盖的影响、补偿方式增益、系统冗余等因素，且数值也必须重新修正，下文将一一叙述。

另外根据问题定位，站厅覆盖方案同一般室内覆盖方案，本文中以隧道内覆盖方案为主，因此不再赘述。

表4.3-1 根据TD室内覆盖经验进行的链路估算结果

业务类型 上下行 最大发射功率(dBm) 无源器件损耗(dB) 人体损耗(dB) 总发射功率（dBm） C/I门限(dB) 噪声电平(dBm) 接收电平（dBm） 噪声抬升余量(dB) 2米处耦合损耗（95%） 车体损耗(dB) 泄漏电缆传输损耗 (dB/100m) 泄漏电缆长度 (m) 对应PCCPCH平均接收电平(dBm) DL 21 2.7 3 17.3 3 106 -103 2 68 15 5 647 -85 AMR UL 24 2.7 3 21 2.5 109 -106.5 2 68 15 5 797 -92 PCCPCH DL 29 2.7 0 26.3 2 106 -104 2 68 15 5 910 -98 4.3.2 信号最大发射功率

由于链路预算需同时考虑业务信道的上下行和公共信道，因此链路预算中信号发射功率也将根据不同的对象而取不同的值。具体如下：

? 上行方向

上行覆盖与上行业务信道DCH最大发射功率密切相关，也就是终端的发射功率，目前商用终端通常遵从3GPP协议规定的24dBm。

? 下行方向

下行覆盖与P-CCPCH发射功率和下行业务信道DCH发射功率有关，这两个指标主要取决于NodeB主设备的最大发射功率。

由于预估系统下行受限，因此将选取发射功率较大的2W NodeB主设备为例，计算P-CCPCH发射功率和下行业务信道DCH发射功率

（1）P-CCPCH发射功率

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TD系统中，TS0时隙5条SF=16的码字中有2条用于P-CCPCH，因此主公共信道的实际最大发射功率为33-4(2/5的码字用于P-CCPCH)=29dBm。

（2）下行业务信道DCH发射功率

下行DCH的最大发射功率由单时隙内多载波、多业务共享；例如对于AMR业务，在容量不受损失的情况下，单载波单时隙内单用户能够均分到的功率仅为33dBm(最大发射功率)-5dB(3载波均分)-9dB(单时隙内8用户均分)+2dB(平均功率差额回退)=21dBm。

4.3.3 业务解调门限

以CS域AMR和CS64作为地铁环境的目标业务，根据地铁实际环境测试结果，所得业务上下行解调门限如表4.3-2所示。需要特别说明的是，测试基于地铁隧道环境下，测试结果为区间值，在进行链路预算时，可取中间值；在对系统底噪取值时，建议延用上行-109dBm、下行-106dBm的经验值。

表4.3-2 CS域业务地铁环境下的业务解调门限

业务类型 C/I (dB) 下行 AMR12.2 CS64 1.7-2.3 10.6-11.1 上行 AMR12.2 CS64 0.65-1.27 11.09-11.91 4.3.4 共分布式系统方式及损耗

4.3.4.1 多系统合路方式

现有地铁室内分布系统中采用多系统合路平台（POI）引入了GSM、CDMA、WLAN等多种移动通信系统。在原有分布系统中新引入TD-SCDMA系统，需要使TD-SCDMA系统与现有平台进行合路，其合路方式的选择应尽量与现有系统相匹配，并控制改造成本。

当前可行的机房内TD共分布式系统方案包括以下四种，以下行车行方向隧道为例，阐述四种分布式系统的区别：

? 前端合路方式

TD信号经过环行器和单向器的收发分路后直接进入多网接入平台POI，利用POI的输出端与射频缆相连，合路部分在POI内完成，如图2.3-2所示。

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图4.3-2 前端合路方式

优点：简化了系统结构，且集成度高；对已建机房内原布线结构影响小，不需要更改机房内射频电缆的走线布局。

缺点：对之前没有考虑TD-SCDMA合路需求的原POI 设备本身改造难度大、成本高；采用该合路方式，POI会产生近6dB的插损；为匹配POI上下行分路输入端口需要安装单向器和环行器，对系统隔离度要求高；

? 后端合路分缆方式

TD信号经过环行器和单向器的收发分路后，在POI的后端通过TD合路器与POI输出信号合路。

图4.3-3 后端合路分缆方式

优点：上下行信号分路，多系统合路干扰小；无需对现有的POI设备进行改造；引入系统的插损较小；

缺点：单向器和环行器的隔离度要求高；单向器和环行器为非集团集采设备，成本较高，质量有待检验；需要增加外接的无源器件，对原机房内射频电缆走线有一定影响；

? 后端合路合缆方式

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TD信号不经过上下行信号分离，直接在POI的后端通过TD合路器与POI TX输出信号或RX输出信号合路。

图4.3-4 后端合路合缆方式

优点：无需对现有POI设备进行改造；无需添加单向器和环行器，对器件的指标要求不高；引入的系统插损较小(1dB以内)；

缺点：当系统为下行合路时，对系统间的干扰风险大，对合路器隔离度和互调抑制指标的要求很高；

? 后端路多通道方式

利用TD智能天线的多通道特性，将多路输出通过后端合路的方式合入TX和RX两条泄露电缆，以达到增强信号的目的。该方式可以选择采用上下行合缆或分缆。

图4.3-5 多通道合路方式

优点：相比较单通道方式可能产生额外的下行方向覆盖增益，测试结果见下文多通道合路补偿方式内容；

缺点：覆盖增益受多路输出信号相位匹配程度的影响；对无源器件性能和数

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量要求高；对基站设备的端口数有要求，浪费RRU数量。

综上所述，以上共分布式系统合路方式可以总结为表4.3-3：

表4.3-3 多系统合路有缺点总结

机房多系统合路方式 前端合路方式 后端合路分缆方式 后端合路合缆方式（上行） 后端合路合缆方式（下行） 后端多通道分缆方式 后端多通道合缆方式 ●劣势 ○优势 △普通

衡量标准 改造干扰器件走线POI 风险 要求 改动 ● ○ ● ○ ○ ○ ● ● ○ ○ △ △ ○ ● △ △ ○ ○ ● ● ○ ○ △ ● 插损/增益 6dB/无 3dB/无 1dB/无 1dB/无 3dB/有 1dB/有 因此，建议优先争取采用后端上行合缆方式，其次考虑采用后端分缆方式和后端下行合缆方式。多通道方式作为信号补偿的可选方式，可根据实际站间距需求，选择采用。

4.3.4.2 干扰分析及元器件指标

系统间干扰主要包括杂散干扰、互调干扰、阻塞干扰。下面将重点就地铁分布系统引入TD-SCDMA系统后，与现有系统及今后其它3G系统的干扰进行分析。需要详细的分析结果和测试结果。

? 杂散干扰

为避免TD-CDMA与其它系统间的杂散干扰，所需要的隔离度计算遵循下面公式：MCL≥Pspu－Pn

其中：MCL为隔离度要求；Pspu 为干扰源杂散信号功率；Pn 为被干扰系统热噪声；Nf 为接收机的噪声系数，此处取3dB。

当系统采用上行合缆方式时，主要是TD大功率下行信号对其他系统的干扰，根据物理指标计算得上行合路隔离度>89.4dB，如表4.3-4所示。

表4.3-4 上行合路隔离度

系统 GSM WCDMA CDMA CDMA2000 热噪声功率 TD杂散功率 -121.0dBm -108.1dBm -113.1dBm -113.1dBm -61dBm -43dBm -36dBm -48dBm 隔离度要求 60dB 65.1dB 77.1dB 65dB 15

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WLAN -100.4dBm -11dBm 89.4dB 当系统采用上行合缆方式时，主要是TD大功率下行信号对其他系统的干扰，根据物理指标计算得上行合路隔离度>83.9dB，如表4.3-5所示。

表4.3-5 下行合路隔离度

系统 GSM WCDMA CDMA CDMA2000 WLAN 在TD带内热噪声功率 -36dBm -52dBm -36dBm -52dBm -29dBm TD热噪声功率 -112.9dBm -112.9dBm -112.9dBm -112.9dBm -112.9dBm 隔离度要求 65.9dB 60.9dB 76.9dB 60.9dB 83.9dB 目前TD合路器隔离度普遍能到达90dB以上。 ? 阻塞干扰

为避免TD-CDMA与其它系统间的阻塞干扰，所需要的隔离度计算遵循下面公式： 最小隔离度＝发射功率－阻塞门限

其中各系统发射功率如下表4.3-6所示；阻塞门限何计算后的隔离度要求如表4.3-7所示。

表4.3-6 各系统发射功率

系统 发射功率(dBm）

CDMA800 GSM CDMA2000 WCDMA TD-SCDMA 33 34 36 36 33 表4.3-7 各系统对应阻塞门限与隔离度

阻塞源 CDMA800 被阻塞系统 CDMA800 GSM CDMA2000 WCDMA TD-SCDMA - -13/隔离度>46 -15 /隔离度>48 -15 /隔离度>48 -15 /隔离度>48 -41/隔离度>75 - -15/隔离度>49 -15/隔离度>49 -15/隔离度>49 -16/隔离度>52 8/隔离度>26 - -40/隔离度>76 -15/隔离度>51 -16/隔离度>52 8/隔离度>26 - - -15/隔离度>51 -16/隔离度>49 8/隔离度>26 -40/隔离度>73 -40/隔离度>73 - GSM CDMA2000 WCDMA TD-CDMA 注：由于CDMA2000无相应参考数据，故其阻塞门限类比WCDMA的阻塞门限。

根据以上阻塞干扰分析，隔离度指标需至少大于77dB。 ? 互调干扰

对于上行合路系统，由于其他系统的信号为小信号，因此对TD系统上行接

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收端的互调干扰可以忽略不计。

对于下行合路I类互调干扰，由于在上下行合路漏缆间空间耦合损耗（约56dB，0.3米安装空间）、POI插损（6dB）的作用下，下行I类三阶互调干扰抑制得以控制在90dBc以内；

对于下行合路II类互调干扰，在不考虑TETRA系统情况下，存在CDMA、WCDMA、联通GSM对TD-SCDMA产生II类三阶互调干扰的情况：

WCDMA（2110~2170MHz）- 联通GSM（954~960MHz）+CDMA（870~880MHz）落在（2020~2096MHz）内，其中（2020~2025MHz）为TD-SCDMA频段。

此时三阶互调抑制高达140dBc以上，当前集成商普遍能够支持140dBc，这对TD合路器制作工艺提出了很高的要求；

为避免上述干扰应优先使用2010~2020MHz的TD频段。 4.3.4.3 各类线缆损耗指标

地铁环境下主流厂商各种线缆的损耗指标如表4.3-8和表4.3-9所示：

表4.3-8 泄漏电缆损耗

厂家 型号 缆型 2200MHz传输损耗 2m耦合损耗95% RLKU158-50 13/8\5.7 dB/100m 68 dB RLKU158-50A 13/8\4.87 dB/100m 68 dB 安弗施 RLKU158-50AE 13/8\5.84 dB/100m 65 dB RLKU158-50J 13/8\5.7 dB/100m 65 dB RLKU158-50AD 13/8\10.6 dB/100m 56 dB 安德鲁 RCT7CPUS-2A 13/8\5 dB/100m 68 dB HLHTY(Z)50-42 13/8\5.1 dB/100m 86 dB 亨通 HLHTY(Z)(R)50-42 13/8\6.1 dB/100m 71 dB 表4.3-9 馈线损耗

馈线类型 8D馈线 10D馈线 1/2”馈线 7/8”馈线 13/8”馈线 15/8”馈线 2000MHz的100m传输损耗 约23dB 约18dB 10.7dB 6.1dB 4dB 3.47dB 第 17 页 共 51 页 17

4.3.5 移动性要求

根据地铁的建筑结构及人员流动情况，为了保证用户的移动通信需求，地铁站点内需满足移动性要求的场景，如图4.3-6所示，主要包括：

① 地面地下步行切换/小区重选 ② 站台内步行切换/小区重选 ③ 站台站厅步行切换/小区重选 ④ 隧道区间车速切换/小区重选 ⑤ 地面地下车速切换/小区重选 ⑥ LA区设置

513POI42图4.3-6 地铁场景下的移动性需求

对于以上场景，经过分析，其中需要特别关注的问题主要包括如下内容，以下章节将分别进行重点研究：

? 链路预算需留有冗余量，以满足隧道区间内车速下的移动性要求； ? 避免车速下进出地面地下时的信号断层； ? 站台步行切换区的控制和优化； ? 特殊环境下LA区划分方法 4.3.5.1 隧道内车速下切换

由于两站之间的隧道分属于两个小区覆盖，因此隧道内必定存在小区间的切换和小区重选过程。隧道内列车通常运行在最高速度，为满足切换和小区重选过程的时延需求，在地铁规划中应预留足够的重叠覆盖区。

Idle状态下测量周期最小为640ms，平滑周期约为2秒；重选时间延迟可设为0，新小区驻留时间最短需要640ms。这样整个重选周期最短约为3秒。60m

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以上的覆盖延伸距离即可满足小区重选的要求，其要求低于切换要求，实测结果显示，当重叠覆盖区达到100米以上时，小区重选过程能正常完成。由于小区重选对重叠覆盖区的要求远小于切换，因此下文将重点关注系统对切换的需求。

决定切换所需的重叠覆盖区长度因素主要是切换时延及满足触发切换条件的时延。决定切换时延的主要因素主要是包括测量周期、迟滞时间、切换执行：

? 测量周期：根据规范3GPP TS25.123规定，异频测量周期是480ms； ? 迟滞时间：640ms~1280ms（无线参数可设） ? 切换执行：0.5~1s；

因此总的切换时延约为1.5~3s。切换带一般处于隧道中间，处于该位置时，地铁列车的车速比较高，根据地铁目前峰值车速60km/h计算，切换时延将形成25 ~50m的切换距离。

TD-SCDMA系统中触发异频接力切换为2a事件，门限一般设为3dB。以漏缆-5dB/100m 损耗计，为形成-3dB电平落差需要60m。综合切换时延及触发切换条件两种因素所需的切换带距离要求，隧道内两个小区间理论上至少设置110m的切换带。切换带示意图如下图4.3-7所示。

图4.3-7 切换时间和电平变化关系

本次研究对隧道内的切换带要求进行了实地测试（测试中车辆速度为60公里/小时），分别对AMR12.2、CS64作了多次测试。下图4.3-8分别是AMR12.2K、CS64切换带测试分析图，最大切换带在120m以内。

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图4.3-8 AMR 12.2和CS64的实际切换距离

实际情况下，由于快衰落的作用，当两小区电平相当时很容易触发2a事件，且地铁峰值速度持续时间很短，速度会低于本次测试中的60公里/小时车速。因此，为满足切换要求而预留的重叠覆盖区长度在200米—240米。 4.3.5.2 地上地下车速切换

轨道交通沿线存在一条线路上同时存在地上轨道、地下轨道的情况。该场景下由于隧道内漏缆信号在列车出隧道时突然减弱，容易出现因为切换不及时而掉话；反之亦然。但由于室外宏站信号穿透力相对于地铁覆盖的泄漏电缆强，所以进隧道的情况要比出隧道情况略好。

鉴于TD在室外宏站采用三载波N频点组网，因此若和2G系统类似采用直放站将宏站信号引入隧道，可能造成对室外小区干扰的放大。因此建议将隧道内信号通过直放站从隧道内将信号引出，将切换区设置在隧道口。需要注意的是应控制好直放站覆盖范围，以减少因室外覆盖范围过大而造成地铁覆盖小区的容量损失。下图4.3-9是地上地下车速切换解决方法的示意图。

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直放站+高增益定向天线室外宏站小区隧道区间小区

图4.3-9 直放站在室内外交叠区的应用

4.3.5.3 站台内步行切换

本研究对于站台上的步行区的切换，分别搭建了垂直分区和水平分区两种场景进行了测试。

? 垂直分区

根据测试结果，正常参数取值下，以楼层间馈线走线架为中心，存在长度大约为15米的切换区，如下图4.3-10所示。乘客在站台正常步行，不会出现乒乓切换。

图4.3-10 垂直分区切换测试结果

? 水平分区

根据测试结果，由于资源要求高的业务切换时延较大，采用水平分区，切换区几乎遍布整个站台，测试中多次出现了明显的乒乓切换现象。水平分区的测试结果图如下图4.3-11所示。

图4.3-11垂直分区切换测试结果

基于以上对比测试结果，建议站台采用垂直分区方式。下面对采用垂直分区

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方式情况下的切换带要求进行了进一步的分析。

为了保证列车起步时，垂直分区切换带用户在上车后不会出现掉话，2G系统往往会加装不等分电桥，将部分信号逆向泄漏，以扩大分区边界的重叠覆盖区，采用这种方式对进入隧道的TD信号强度会构成约1dB额外损耗，这会降低单小区在隧道内的覆盖距离。

从测试中TD信号的RSCP分布看，如下图2.3-12所示，在离分区位置100m处，邻小区仍保持-55dB的高电平，因此具有足够的距离用于列车起步的切换或小区重选，因此TD系统本身不需要不等分电桥补偿。

图4.3-12 垂直分区信号传播测试结果

4.3.5.4 地铁站点LA区划分

LA区（位置区）区域大小影响网络的信令资源和寻呼能力。过大的LA区将可能造成网络寻呼能力不能满足该区域内的寻呼需求；过小的LA区会增加终端位置更新的频度，造成信令拥塞。

地铁列车在隧道内行驶速度很快，所携带的乘客密度大，因此，LA区边界设置在隧道内，容易出现瞬时高密度位置更新求情，而造成信令拥塞。

因此，覆盖地铁的TD-SCDMA基站在规划LA区时，应遵循以下原则： ? 在网络寻呼能力许可的前提下，同一条地铁线路的基站，应尽量归属于

同一个LA，从而减少位置更新；

? 在网络寻呼能力许可的前提下，单个LA区应尽量扩大覆盖范围，降低

位置更新总量，从而节省信令资源并提高网络质量。

? 避免狭小区域内短时间突发大量位置更新，将LA区边界设置在慢速区；

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另外，对于以下一些可能出现的LA划分难点，本次研究也提出了相应可供参考的解决方法：

情况一：单条地铁延伸后，规模扩大，用户数增加到一定程度时，网络寻呼能力无法满足需求。

解决方案：可通过LA区分裂解决，应将LA边界设置在慢速区，如将LA边界设置在用户数较少的地铁车站站台或乘客数较少的两个车站之间。

情况二：地铁线路中地下和地上之间的出入口处，地铁线路地上部分的覆盖通常由室外宏站覆盖，地下部分的覆盖由室内覆盖实现，两者分属于不同的LA区，列车快速通过进出洞口，短时间内必然发生大量位置更新，导致信令信道拥塞。

解决方案：地铁线路地下最后一个车站覆盖出洞口方向的小区使用与覆盖出洞口的室外宏站采用相同的LAC，使位置更新在站台内完成，降低同时位置更新的次数，同时通过参数优化避免乒乓位置更新。

情况三：两条地铁线路的换乘站点，在不同站台候乘，两条线路间的换乘需穿行人行隧道，两条地铁线路较长，无法采用同一LA区。

解决方案：每条地铁线路采用独立的LA区，将LA边界设置在人行隧道 情况四：两条地铁线路的换乘站点，在同一个站台候乘，换乘人数较多。两条地铁线路较长，无法采用同一LA区。

解决方案：将这两条地铁线路分别分为多个LA区，LA区数量尽量少， LA区边界设置在用户数较少的地铁车站站台或乘客数较少的两个车站之间，包含换乘站点的两个地铁线路采用同一LA区。

4.3.6 其他空间损耗

本研究对地铁车厢的车体损耗、人体损耗、地铁保护门损耗进行了实地测试，测试结果及测试环境说明如下： 4.3.6.1 车体损耗

根据对测试用工程车内外电平值对比分析可得，隧道工程车的车体损耗为11dB。工程车的车体要厚于实际列车，根据TD信号点源对实际列车的测试结果，

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约在5~6dB左右。 4.3.6.2 人体损耗

经上海地铁运营线忙时实际环境下测试，得使用AMR业务时地铁内人体损耗的平均值为3dB；由于CS64视频电话业务使用时，终端离人体较远，因此其损耗可以较AMR业务适当减小1~2dB。 4.3.6.3 保护门损耗

新型地铁线往往在站台边缘安装自动移门，列车进站后才开启，候车时关闭。经上海地铁运营线实测得，屏蔽门损耗＋车体损耗的的平均值为16.7dB，因此，屏蔽门损耗约为11dB。该值仅用于站台信号强度估算，对隧道内信号进行链路预算时不必使用。 4.3.6.4 链路冗余

为增加链路预算结果的稳定性，在进行链路预算时考虑3dB的冗余损耗。

4.3.7 系统容量对覆盖的影响

地铁环境实测发现，隧道内TD业务的覆盖距离，和站台/隧道小区的实际用户数和位置分布具有密切关系。固定时隙内，用户数量和分布的变化引起的业务覆盖距离变化的测试结果如下表4.3-10所示。

表4.3-10 系统容量对业务覆盖距离的影响

用户数及分布 （AMR业务） 业务容量 隧道/站台业务量 掉话距离（m） 覆盖距离（m） 覆盖增益（m） 8UE隧道拉远 100% 极限 800 750 N/A 4UE站台固定 4UE隧道拉远 100% 1:1 900 870 120m 6UE隧道拉远 75% 极限 900 790 40m 4UE隧道拉远 50% 极限 870 840 90m 由此可见，业务覆盖距离和随工程车进入隧道的实际拉远用户数成明显的反比关系，其距离随用户数的增加而减少，从而呈现出类似于CDMA系统容量与

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覆盖间“呼吸效应”的现象。具体分析可知，形成该现象的原因主要有两点，其一是多用户分摊的下行功率不足，导致下行功率受限；其二是多用户产生的MAI（多址干扰）降低了接收机输出的信噪比。

由于站台上用户消耗的下行发射功率较小，且对隧道内用户的MAI也较小，因此其对业务覆盖距离影响相对隧道内拉远用户要小得多。

根据上海地铁典型站的忙时人流量统计，可以区分为三类站型：

? I类站：进出站人数多，列车内人数多的大型中转站（如人民广场站、陆

家嘴站），该比值相对较低（接近4：1~5：1）；

? II类站：进出站人数较少，列车内人数多的重要中途站（如徐家汇站、

上体馆站主要为莘庄方向输送人流），该比值相对较高（分别接近10：1和7：1）；

? III类站：进出站人数极少，列车内人数较多的一般小规模中途站或末端

站（如马戏城站、杨树浦路站和临平路站），该比值极高（约在20：1以上）。

同时根据观察，由于用户业务习惯所致，进入隧道后，车厢内用户多以使用短消息类业务为主，实际使用CS业务的用户数量相对于站台上明显减少。根据目测预估，假设隧道内业务密度和站台上业务密度之比为1/3，则结合典型站人数比例统计和表4.3-10的实测数据可得：

? I类站：站台/隧道话务量之比为1：1~2：1，与单时隙4UE拉远结果类

似，单向车行方向覆盖增益：约100m；

? II类站：站台/隧道话务量之比为3：1，与单时隙6UE拉远结果类似，

单向车行方向覆盖增益：约40m；

? III类站：站台/隧道话务量之比为7：1，与单时隙8UE拉远结果类似，

单向覆盖增益：无；

值得注意的是，以上估算方法存在一定误差，站点人数分布和P的取值需进一步确认。

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4.3.8 系统优化对覆盖的影响

4.3.8.1 动态信道分配判据对覆盖的影响

通过上述容量分析可以发现，覆盖距离与系统负荷有关，当负荷高时，其覆盖距离会比较近；当负荷低时，其覆盖距离会比较远；TD系统上、下行各有三个时隙用于业务信道。当单时隙业务负荷较低时，覆盖距离会得到一定提升。

若系统将所有用户业务信道都先分配在同一个时隙中，如图4.3-13左图所示，造成该信道负荷升高，为了克服干扰，使各信道的下行发射功率必须提高以保证业务，在离信号源较远处容易出现下行功率不够而掉话，也就是采用该DCA（动态信道分配）方式，其覆盖距离比较短。图4.3-13右图中，系统将所有用户业务信道平均分配在各个时隙中，使每个时隙的负荷都不高，使各信道的下行发射功率不高也可保证业务连续，采用该DCA方式，其覆盖距离比左图更远。

因此，在地铁环境下，以下行发射功率（业务下行受限情况）作为慢速DCA排序系统可用资源的判据，有利于提升TD系统在隧道内的整体覆盖距离。

需要注意的是一般慢速DCA判据不止一条，可能需同其他判决综合考虑（如BRU的完整性等），此时应提高下行发射功率判据的作用权重。

图4.3-13 不同DCA判据的资源分配效果

4.3.8.2 优化功率分配参数取值对覆盖的影响

本研究中，通过功率参数不同配置方案的对比测试，发现功率参数配置方案会影响覆盖距离，测试中具体的功率参数配置方案及相应的覆盖测试结果如下表4.3-11所示：

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? 方案一：单业务最大功率28dB（单载波最大功率）。

? 方案二：单业务最大功率26dB，该参数高于平均分配功率低于最大可用

功率。

表4.3-11 功率分配不同方案测试结果对比

方案一 业务类型 掉话距离（m） P-CCPCH RSCP DPCH RSCP 掉话距离（m） 方案二 P-CCPCH RSCP DPCH RSCP CS12.2K业务步行8UE拉远 600～650 -100 -102 700 -91 -106 CS12.2K业务8UE工程车拉远 680 -95 -105 800 -96 -104 从上表中的测试结果可以看出，方案二比方案一的覆盖距离延长了约50~120m。通过分析，出现该现象的原因主要是由于方案一单个UE在覆盖不佳时经功率控制后会过度占用下行功率，使功率共享环境恶化，导致其他UE不能分配功率而出现掉话，从而缩短了覆盖距离。

从上面的对比测试结果，可以发现选用合理的功率配置方案也是优化覆盖距离的重要手段之一，使用哪一种方案视具体情况而定。建议容量低、负载小的站点考虑使用方案一，容量高、负载大的站点考虑使用方案二。

4.3.9 链路预算小结

根据本节上述分析，以上海地铁实际情况为例，对下行链路预算关键环节取值及取值说明总结如下表4.3-12所示。上行链路预算与下行类似，本节不再赘述。

表4.3-12 上海地铁TD链路预算取值及说明

链路预算主要输入参数 关注信道 最大发射功率（dBm） 无源器件损耗（dB） POI差损（dB） 不等分电桥损耗（dB） 车体+人体损耗（dB） C/I门限（dB） 噪声电平（dBm） 2米处95%耦合损耗 漏缆传输损耗(dB/100m) 冗余量 1.7~2.3 106 68dB 5 或 5.7 3dB 本研究修正值 DL-AMR 21 3.4 0 1 AMR 14（CS64 12） 10.6~11.1 106 DL-VP 25 说明 基于下行DCH受限考虑，反推工程指标电平 不损失容量，需按时隙用户数均分发射功率 基于上海地铁采用的射频缆和漏缆型号和指标 采用后端合缆合路不考虑插入损耗 垂直分区不等分电桥造成的1dB额外损耗 工程车实测值 工程车实测值 TD设备噪声电平 根据上海地铁环境实际漏缆型号 具体损耗根据实际所使用的缆线型号确定 为缆线老化、信号抖动等不定因素预留 27

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容量对覆盖的影响 隧道内切换距离 40~100m(2~5dB) 220m 对极端用户分布情况下的覆盖增益 必须考虑的隧道内切换重叠区 为了掌握预算中的冗余量，下表4.3-13给出了计算中存在冗余的环节，可见以上覆盖方案建议为了充分保证业务服务质量具有一定的冗余度，建设、优化完成后覆盖将会较预估的覆盖有一定的提升。

表4.3-13 冗余控制分析

冗余项 链路冗余 车体损耗 容量对覆盖增益 无冗余值 0dB 9dB 5dB或更多 3dB 研究距离取值 增益 3dB 120m 说明 链路预算中单向链路取3dB冗余 工程车体比运营车体钢板厚，研究中较集团建议值多取了2dB 实验网模型下，容量很低，多数站点至09年的预计容量不足50% 研究中所使用的切换参数可以进一步优化，减小切换时延；同时可以考虑部分站点使用水平分区，以单向切换方切换区 N/A 220m 50m 式，降低切换迟滞时间，以减小切换带；另外，研究中切换是工程车为60km/h(实际运营车速峰值),当车速较低时切换带要求将降低。 站间距范围 N/A N/A 30~50m 讨论覆盖补偿方式使用策略时，补偿方式适用的站间距范围一般取30~50m的距离冗余 11dB 80m 80m或更多

4.4 覆盖增强方案

当直接使用当前GSM地铁系统不能满足TD业务覆盖需求时，需要考虑延长TD业务覆盖距离的增强型方案。本节将对以下五种可选方案其优缺点和所能达到的覆盖增强效果进行分析。

4.4.1 泄漏电缆补偿方式

泄漏电缆补偿方式可以分为接力补偿和更换缆型补偿两种补偿方式。 ? 泄漏电缆接力补偿方式

接力补偿指利用射频电缆传输损耗小于泄漏电缆的特性，从机房多设一路缆线，将射频电缆铺设至泄漏电缆信号不佳处，以接力的方式，转接泄漏电缆，从而延伸覆盖，如图4.4-1所示。

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图4.4-1 泄漏电缆接力补偿方式

该方式的优点在于系统结构简单；补偿距离长（理论计算使用15/8”射频电缆接力将增加近400m的单向覆盖距离）；其在上行方向上也同时具有增益。

该方式的缺点在于补偿效果好的15/8”射频电缆需依靠进口，且价格可能在普通缆的3倍以上，因此其订货周期长、系统建设成本很高；对于已经投入运营的地铁旧站，若进行接力缆线排布改造，施工难度大；已建站点隧道内难以保证有必要的缆线增布空间，满足隔离度要求；

? 泄漏电缆更换缆型补偿方式

更换缆型补偿方式指通过更换或部分更换泄漏电缆的型号，减小缆线的传输损耗，以延长业务覆盖距离。其又分为两种具体方式。

一种是将泄漏电缆整条更换，主要指将旧站所使用的没有经过2GHz信号频段优化的缆线（如传输损耗为-5.7dB/100m的13/8” 缆线）替换为经过优化、对2GHz信号衰减较小的新型缆线（如传输损耗为-5.7dB/100m的13/8” 缆线），因此适用于旧站改造。该方式优点在于改造步骤简单、具有上行增益，缺点在于改造工程量大、难度高、成本高、工期长。

另一种是在普通泄漏电缆信号衰减殆尽的末端，将一段普通漏缆替换成一种低耦合损耗、高传输损耗的特殊泄漏电缆，从而达到延伸业务覆盖范围的目的，如图4.4-2所示。

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图4.4-2 更换低耦合损耗高传输损耗补偿缆方式及电平变化

该方式的优点在于结构简单，同时适用于旧站改造和新站建设，具有上行增益。其缺点在于，信号经过补偿缆后，缆上的电平值迅速恶化，理论上会出现信号电平值骤降的情况（如图4.4-2所示），因此可能会对本系统和其他系统的切换造成影响；不易确定边缘电平值，链路预算的误差、信号电平的抖动，都影响换缆点的确定，很容易出现负面补偿效果；旧站改造施工难度大；

值得一提的是，为进一步提高覆盖增益，以上漏缆补偿方法可搭配使用。

4.4.2 定向天线补偿方式

定向天线补偿方式指，利用高增益定向天线代替泄漏电缆补偿覆盖，如图4.4-3所示。

图4.4-3 定向天线覆盖增强方式

根据实际测试结果，隧道的弯曲程度（水平弯曲和垂直弯曲）以及串行车厢人体损耗（如图2.4-4所示）导致定向天线的效果非常有限。

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图4.4-4 定向天线串行车厢人体损耗示意图

以下是定向天线在隧道内的实测结果，定向天线接于补偿电缆的末端，位于隧道300m处，方向与隧道平行，朝向隧道内侧，覆盖隧道为直隧道。定向天线半功率角为45度，增益为20dBi。从图4.4-5所示的地铁列车车载路测效果和表4.4-1所示的每100m静点测试结果可见，定向天线的覆盖效果弱于泄漏电缆的覆盖效果。只能够有效覆盖大约100米的距离，信号在天线100米内衰减很快。

图4.4-5 定向天线方式下隧道内PCCPCH的RSCP路测结果

表4.4-1 定向天线方式下隧道内实测数据

UE所处位置 PCCPC场强 300m -63dBm 400m -86dBm 500m -91dBm 600m -91dBm 700m -99dBm 800m -91dBm 考虑到实际的地铁列车车体更长，对信号的阻挡作用会更明显，实际覆盖可能比测试情况更差。因此，定向天线接力用于地铁覆盖作用十分有限。

4.4.3 添加干放补偿方式

由上文链路预算可得，普通覆盖方式下，地铁隧道内的TD系统为下行功率受限。通过增加干放的方式对下行功率进行补偿，可以平衡上下行链路，增加业务覆盖距离。由于在地铁隧道区间环境的限制，引入的干放只能被放置在机房内，如图4.4-6所示，因此理论上该方式对上行信号的补偿有限。

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图4.4-6 干放补偿方式

本次研究所使用的干放为大唐试商用的6W大功放箱体，其最大输出功率38dBm，上行增益恒定20dB，下行增益恒定10dB，可使用220V交流电或-48V交流电。

从RSCP打点实测结果（如图4.4-7所示）和根据业务掉话点和业务覆盖边缘测试结果（如表4.4-2所示），可见RSCP在使用干放前后有了较为明显的改善，业务覆盖范围向前延伸了约100~150m。

图4.4-7 使用干路放大器前后PCCPCH RSCP的比较 表4.4-2 使用干路放大器前后业务掉话点和业务覆盖边缘比较

单时隙8UE拉远 掉话距离 业务覆盖边缘 未使用干放（2W） 700m 680m 使用干放（6W） 850m 800m 4.4.4 多通道合路方式

该方式利用TD基站设备多通道独立功放特点，采用多通道合路校准方式，增加上下行信号覆盖。本研究中采用6通道拉远型基站，可具分为以下两种多通道合路模式：

? 二路三合一 ? 一路六合一

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两路三合一 一路六合一

图4.4-8 六通道基站的两种多通道合路方式

虽然RRU基带输出能保证各个通道的相位一致，但在射频输出口不能保证相位一致，因为从基带输出到射频口会经过很多模拟器件，这些器件对相位的影响是不一致的，而且相差会随着温度和湿度的变化而非线性变化。同理，从射频输出经过射频线缆、合路器等对相位的影响是不一致的，而且相差会随着温度和湿度的变化而非线性变化。

若不加校准，增益会从0～20logN之间不稳定的变化。0是完全反相，没有增益，20logN是完全同相，增益最大。

该方式仅需对设备进行软件改动及外设无源器件，就能实现下行功率补偿，为上下行链路平衡提供了一种额外选择。同时在上行方向多路信号输入还具有合并增益。

根据PCCPCH的RSCP实测结果，如图4.4-9所示，六合一方式补偿效果最好，单方向电平补偿距离近200m，其次为三合一单通道方式和双通道方式均为100~150m；从掉话距离判断，三种方式没有明显区别，均在800~850m处掉话。

图4.4-9 不同的多通道方式覆盖增益比较

多通道合路方式的缺点在于需消耗额外的通道端口。六合一和三合一双通道方式下一个隧道方向需一个RRU，一个车站仅覆盖隧道和站台就需4个RRU，同时还需另增RRU覆盖站厅，因此对于同时具有中频处理和功放功能的RRU来说，复用6个端口代价太大，成本太高，且增益较三合一不明显；相比较之下

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三合一单通道方式性价相对较高。

该方式已由中移上海公司申请国家发明专利（申请号200710175880）。

4.4.5 隧道内有源补偿方式

在隧道内添加有源设备，能够有效延长覆盖在区间内的覆盖距离，如采用有源设备则优先考虑优势明显的RRU，布放方式如图4.4-10所示。

图4.4-10 隧道内RRU补偿方式

使用该方式优点在于能够根本有效地解决隧道内TD信号覆盖能力低的缺点，但同时存在许多不利于运营的实际问题，主要包括：

? 隧道内维护时间被动受限

隧道区间内的作业时间由地铁运营部门严格控制，一般仅在午夜至次日凌晨约四个小时内，可以允许人员进入隧道区间施工。有源设备的故障率远远高于无源设备，因此，一旦发生故障很难在规定时间内完成抢修，确保及时排障。另外，若以有源方式对旧站进行改造，其必要的工时也将受限于允许作业的时间。

? 隧道内取电不便

RRU(-48V)馈电来源距离在200m以内，不能充分发挥有源设备拉远的优势；使用交流220V强电则只能排线于隧道强电侧，而RRU设备和漏缆在弱电侧，需要穿过隧道，如图4.4-11黑色粗线所示所示（图中左侧排线架为强电架，右侧排线架为弱电架，红色框图位置为可能放置RRU的空间），实际操作上难度很大；

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