多桥隧高铁移动通信网配套传输网设计方案.docx

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多桥隧高铁移动通信网配套传输网设计方案

多桥隧高速铁路的移动通信网

配套传输系统的设计

受多山、多河流地形的限制，山区省份的高速铁路基本为多桥梁、多隧道结构。

为此，移动通信网为了保证信号质量的可靠、不间断，需要采用众多RRU基站沿高铁呈线性的、密集分布的特殊组网方式。

这种特殊的无线网络组网方式，再加上高铁沿线多山、多桥隧的地形，使得其配套传输系统与常规移动通信网的配套传输系统有着很大不同，特别是在传输系统的组网、施工、保护、通路组织、系统维护等方面存在较大困难。

因此，在当前大规模建设高速铁路的时期，设计一个在多桥隧高速铁路场景下，满足移动通信网络特殊组网方式的配套传输方案，对实现高速铁路的移动通信信号的高质量、不间断覆盖，有着重要意义。

1多桥隧高速铁路移动通信网特点简述

受沿线多桥梁、多隧道的地理环境制约，多桥隧高速铁路的移动通信网的主要特点是：

采用多RRU基站共PN小区技术，减少高速移动信号的切换次数，参见图1－1。

图1－1多RRU同PN技术，减少切换

如上图，多个RRU基站沿铁路线分布，进行信号的不间断覆盖。

为避免多个RRU基站之间频繁切换，需要多个RRU共PN（伪随机序列码）小区，即不同的RRU采用相同的PN及参数设置，将邻近的RRU设置为同一PN小区，从而有效避免了切换过于频繁的问题。

这种多RRU共PN小区技术对光缆系统的需求如下：

（1）应满足隧道内外所有RRU节点的光纤接入。

（2）光缆组网，应满足RRU-RRU、RRU-BBU的串接，其无线网络和光缆物理网络结构参见图1－2和图1－3。

图1-2多桥隧情况下的高铁沿线BBU-RRU无线网络结构图

图1-3多桥隧情况下的高铁沿线BBU-RRU光缆物理连接图

2光缆系统的设计要点

2.1光缆程式选择

多桥隧高速铁路的光缆一般敷设于隧道、桥梁边的通信槽道内，上覆水泥盖板保护，如图2-1～图2-3。

图2-1隧道内的槽道

图2-2桥梁上的槽道

图2-3槽道剖面

由于槽道空间有限，且往往强电、弱电、多运营商共用同一槽道，因此光缆的防火要求就显得极为重要，应采用阻燃型通信光缆。

此外，根据近年高铁光缆实际应用案例，槽道盖板意外断裂、老鼠啃咬造成的光缆机械伤害较多，且高铁光缆的抢修极其困难，因此应采用抗压能力较强的光缆。

在光缆结构上，可选择中心束管式光缆或骨架式光缆，以较好地包容光纤；在光缆外护层方面，应采用钢丝铠装护层，以进一步加强光缆的抗侧压能力，如图2-4。

图2-4外护层钢丝铠装的骨架式光缆结构图

2.2光缆的引入引出

光缆抢修困难

众多的隧道、桥梁形成了较多的封闭空间，再加上高速列车行驶时产生的巨大风压，使得高铁通信光缆的维修“窗口”变得很小。

光缆出故障时，施工人员仅有极短暂的抢修时间。

而且，对通信运营商来说，还将面临向铁路部门申请抢修时间，或委托铁路相关施工单位代维护等问题。

因此，一旦高铁移动通信光缆出故障，将无法及时抢修，在系统设计时应考虑快速恢复通信的预案，尽量减小通信系统的阻断时间、阻断区域，参见图2-3。

图2-3高铁移动通信光缆阻断的影响区域

隧道外RRU一般设置于高速铁路保护区外的山头上，隧道内RRU一般设置于隧道内的避险洞内，BBU一般设置于高铁沿线的运营商自有机房内，为了满足RRU-RRU及RRU-BBU的组网，光缆需要反复进出铁路保护区、隧道避险洞，这给光缆的布放、引入/引出都带来了较大的困难，参见图2-1、图2-2。

图2-1隧道口铁路保护区外的RRU基站安装位置

图2-2隧道内避险洞的RRU基站安装位置

2.3光缆纤芯分配

桥隧内的传输走廊有限

高速铁路桥梁、隧道采用槽道的形式敷设线缆，其空间有限，且往往强、弱电供用同一槽道（参见图2-4～2-6）。

而且，在这有限的传输走廊内，将有高铁以及各运营商的众多光缆，这使得传输走廊更加拥挤，也使得光缆施工、维护甚至通信光缆的建设申请都变得较困难。

2.4光缆接头的设置及配盘

3光缆系统设计方案

3.1光缆的引入/引出

3.1.1隧道外光缆的引出、预留、成端

隧道外的RRU、BBU站点需要利用沿铁路槽道敷设的主干光缆接入，因此需要在隧道外选取光缆接续点，用于主干光缆的引入、引出。

光缆接续点的选择原则有：

（1）有利于BBU和RRU光缆的引出。

（2）有利于引出光缆和分支光缆的保护。

（3）有利于将来引出光缆和分支光缆的日常维护。

（4）外部分支光缆有最好的路由。

同时，隧道外的光缆接续点应设置在铁道边的围栏外侧，以方便光缆施工时的对纤和将来的光缆抢修，具体如图3-1所示。

隧道外的光缆接续点应兼作熔纤分配点，采用四进四出光缆接头盒，至BBU、至隧道外RRU和铁路槽道内的光缆的纤芯分配均在此接头盒内进行。

隧道外RRU、BBU也应配置相应的ODU，将需要成端的纤芯引出至ODU成端，不需成端的纤芯在四进四出光缆接头盒内直熔，具体如图3-2所示。

图3-1隧道外光缆的引入/引出方案图

图3-2隧道外光缆接续点的光纤分配示意图

3.1.2隧道避险洞内的光缆的引入、预留、成端

隧道避险洞内的RUU站点需要有光缆接入，此光缆的引入、预留和成端有以下两种方式：

（1）方式一－利用光缆接头盒配纤

在避险洞的槽道内设置一个光缆接头盒，连接槽道内的主干光缆和至避险洞内RRU的分支光缆。

将主干光缆开“天窗”，需要成端至RRU的纤芯从光缆接头盒引出，通过分支光缆至避险洞内的ODU成端；不需成端的纤芯则在光缆接头盒内直熔，如图3-3所示：

图3-3隧道避险洞内光缆引入示意图（方式一）

（2）方式二－利用ODU配纤

利用避险洞内的壁挂式ODU配纤，主干光缆直接进入壁挂式ODU内，需要开至RRU的纤芯在ODU的终端盘成端，其余纤芯在壁挂式ODU的熔纤盘内熔接直通，如图3-4所示：

图3-4隧道避险洞内光缆引入示意图（方式二）

方式二比方式一减少了一个光缆接头盒，从降低工程投资成本和提高光缆可靠性、光通路指标的角度上看，方式二比方式一更佳。

3.1.3应急抢修光缆的布放策略

当隧道外、或隧道内的铁路槽道内的主干光缆发生故障时，且通过常规的纤芯调配无法满足业务畅通时，可在铁道外部的两个光缆接续点之间临时敷设一条应急抢修光缆，通过在光缆接续点的纤芯调配，迅速将故障恢复，具体如图3-5所示：

图3-5应急抢修光缆布放示意图

3.2光缆的纤芯分配

高速铁路移动通信网配套光缆的纤芯分配，除了保障基站业务开通外，还应尽量满足纤芯的灵活调度、纤芯备份保护、维护便利等要求，纤芯分配的主要原则如下：

（1）应为每对主用纤芯设置至少一对备用纤芯，备用纤与主用纤应尽量在不同的光纤束管内。

（2）BBU-RRU或RRU-RRU的纤芯应直达，中间不能有跳纤点。

（3）在对主用纤芯设置至少一对备用纤芯后，应对其他不使用的纤芯进行成端，以增加备用纤的数量，应对突发障碍后的光纤调度，及时抢通光路。

（4）在BBU机房，应对BBU－RRU光缆的所有纤芯进行成端。

此外，在绘制纤芯分配图时应注意如下几点：

（1）应同时将工程使用的主用纤芯、备用纤芯清晰无误的标注在图上。

（2）纤芯分配图上的RRU编号和铁路长度米标应与无线组网系统图一一对应，同时应特别注明光缆从铁路引出点的米标。

（3）当光缆从铁路引出时，应同时标注铁路槽道主干光缆的纤芯编号和至BBU或RRU分支光缆的纤芯编号。

具体光缆纤芯分配图如图3-6所示：

图3-6光缆纤芯分配图实例

3.3光缆的配盘策略

高铁沿线RRU基站、BBU节点众多，光缆从高铁槽道引入引出频繁，光纤分配也较复杂，因此高铁槽道主干光缆的配盘必须具有足够的预见性，避免反复隔断、接续，影响施工进度，也影响光通路指标。

高铁主干光缆的配盘策略主要遵循如下几条原则：

3.3.1先总体后细节

光缆配盘应在光缆的引入/引出方案和纤芯分配方案之后进行，还应与各RRU、BBU站点的设置位置相吻合。

3.3.2关键点要预留光缆

应充分考虑光缆的预留，除按有关光缆线路工程规范设置预留长度之外，还应重点在隧道外光缆进出槽道的接续点、隧道内的RRU站点作适当预留。

3.3.3隧道槽道内不设光缆接头盒

高铁隧道有较多避险洞设置RRU，并在避险洞内配置壁挂式ODU。

为方便抢修及减少列车振动对光纤的影响，应尽量利用避险洞内的壁挂式ODU接续主干光缆，避免在隧道内的铁路槽道下设置光缆接头盒。

3.3.4桥梁上少设光缆接头盒

对于长度小于3公里的铁路桥梁，采用长盘长光缆，避免在桥梁上设置光缆接头盒，既减轻了桥梁振动对光通路的影响，也提高了维护条件；对于超过3公里长的长大桥梁，也应采用长盘长光缆，尽量减少桥梁上的光缆接头盒数量。

3.4光缆的选型特点

高铁沿线光缆以槽道、直埋为主要敷设方式，重点要防止因槽道盖板意外断裂造成的机械伤害和鼠咬伤害，且抢修较困难，因此应采用机械防护能力极强的光缆，建议选用双层钢丝铠装防护的直埋型光缆，如图3-8所示：

图3-8双层钢丝铠装光缆结构图

3.5高铁槽道内的光缆布放

高铁槽道内的光缆安装参照管道光缆敷设的相关规范要求，此外还需注意如下几点：

（1）当铁路槽道为电力、通信共用时，应在电力电缆与通信光缆间加绝缘板间隔。

（2）尽量利用隧道内的避险洞、铁路围栏外的光缆接续点余留光缆。

当光缆需要余留在槽道内时，余留光缆应盘成“O”型圈，并用扎线固定在铁路槽道内，必须有保护措施，“O”型圈的曲率半径应不小于光缆直径的20倍。

（3）槽道光缆的布放还应遵守铁路部门对槽道各槽位的功能区分，按专业、或按光缆产权单位，分门别类地在相应槽道中敷设光缆。

4结束语

传输系统设计方案

4.1传输组网方案

4.1.1BBU安装在运营商自有机房

BBU节点需要传输系统提供通路。

对于大多数通信运营商而言，BBU一般安装于运营商自有机房，如模块局、接入网点、宏基站等，也即BBU的实际安装地点离铁道线较远，而与运营商现有的光缆系统融合。

因此，当BBU安装在运营商自有机房时，BBU应与运营商现有的传输网共同组网，即无线系统专网、光缆系统专网，而传输系统公网，如图4-1所示：

图4-1BBU传输组网图（BBU在运营商自有机房）

在图4-1中，其通路组织方案为：

（1）高铁专网BBU的电路，由公用的接入层传输网接入，上连至汇聚层传输网。

（2）再由汇聚层传输网分离出高铁专网的各个BBU电路，分别调度至高铁专网BSC。

由于BBU在运营商自有机房，光缆、配套设施齐全，因此此种模式便于通信运营商的快速组网，但对传输网的电路调度能力有一定的要求，且高铁专网BBU的电路也较为离散。

4.1.2BBU安装在铁路机房

另一种模式为BBU安装在铁路机房，如火车站站房、隧道电房、铁道信号机房等，此类机房就分布于铁道沿线，可直接利用高铁槽道的主干光缆组网。

因此，当BBU安装在铁路机房时，BBU与BBU之间可单独构建接入层传输网，即无线系统专网、光缆系统专网，而传输系统也专网，如图4-2所示：

图4-2BBU传输组网图（BBU在铁路机房）

在图4-2中，其通路组织方案为：

（1）高铁专网BBU的电路由专用的接入层传输网接入，以整体的形式上连至运营商的汇聚层传输网。

（2）再由汇聚层传输网整体传送专网的BBU电路，至高铁专网BSC。

由于BBU在铁路机房，因此BBU设备可以充分利用铁路机房电源稳定、可靠、安全有保障的优势。

此种模式的接入层传输网可直接利用铁路槽道的主干光缆组网，较为方便；但需另外新布放铁路机房（设置BBU的）至运营商机房的联络光缆，将BBU节点接入运营商的汇聚层传输网；此外，铁路专网的BBU电路为全程整体传送，对传输通路的组织、调度较为便利。

4.2传输设备的安装方案

4.2.1运营商自有机房的传输设备安装方案

当传输设备安装在运营商自有机房时，应以节省机房空间为主要原则，尽量利旧运营商的现有设备和设施，并且按照传输主设备、光纤配线架、数字配线架等大类分门别类地摆放，具体如图4-3所示：

图4-3运营商自有机房的传输设备安装方案

4.2.2铁路机房的传输设备安装方案

当传输设备安装在铁路机房时，应将传输主设备、光缆配线单元、数字配线单元等设施集中安装在一个机柜里－传输综合机柜，以使通信运营商在铁路机房内有一个相对独立的设备区，既便于通信运营商的对系统的日常维护，也可清晰地分清通信运营商与铁路部门的操作分工界面，有效避免误操作，具体如图4-4所示：

图4-4铁路机房的传输设备安装方案

5特殊施工工艺

5.1光缆接续中“纵剖法”的应用

高铁槽道的主干光缆为了引入沿线众多的BBU、RRU站点，需要频繁地接续分支光缆或分支尾纤，俗称“开天窗”（如图3-2～图3-4）。

其常规的操作方法是将光缆断开，逐一对光纤“熔直通”或“熔分支”，此种方法弊端突出，不但纤芯接续的工作量大，更严重的是引入了较多的光纤熔接损耗，严重影响了全程的光通路指标。

因此，在实际工程中应采用一种特殊的光缆接续方法－“纵剖法”，将光缆纵向剖开，需要直通的纤芯仅盘留而不中断；仅对需要分支引出的纤芯断开，并重新熔接至分支光缆的对应纤芯。

光缆“纵剖法”接续的主要步骤如下：

第一步：

确定需要纵剖的光缆外护套的位置和长度，长度一般为1.2米左右。

第二步：

在需要纵剖的光缆长度两端，用横向开缆刀将光缆外护套横向割断，如图5-1所示。

图5-1光缆外护套横向隔断

第三步：

使用纵向开缆刀（俗称爬墙虎），从光缆的横向割缝开始，纵向对称地切开已被割断的光缆外护套，如图5-2所示，揭去被剖开的外护套，露出光纤束管及光缆填充物。

图5-2光缆外护套纵向切开

第四步：

需要直通的光纤束管直接盘绕固定在光缆接头盒、或壁挂式ODU的底层盘纤盘内。

第五步：

纵向剖开需要分支的纤芯所在的束管，露出纤芯。

按照事先的纤芯分支接续方案，判定纤芯，将该束管内需要直通的纤芯也盘入光缆接头盒、或壁挂式ODU的盘纤盘内。

第六步：

仅断开需要分支接续的纤芯，与分支光缆的纤芯进行接续，如图5-3所示。

图5-3主干光缆与分支光缆接续示意图

此外，需要注意的是采用“纵剖法”接续光缆时，因为光缆没有完全断开，不能选用需要将光缆端头穿入安装的光缆接头盒或ODU，必须选用开盖式光缆接头盒或ODU，使光缆在没有断开的情况下能够在接头盒或ODU内盘留及安装。

使用“纵剖法”接续高铁的槽道光缆，可以大幅度降低光通路的熔接损耗。

以一个6公里长的隧道为例，利用隧道每500米一个的避险洞设置RRU基站，则6公里长的隧道将有12条分支光缆。

常规光纤在1310nm窗口的损耗为0.36dB/公里，采用常规方法接续光缆时，6公里隧道光缆的总损耗为：

0.36dB/公里×6公里＋12×0.08dB=3.16dB

若利用“纵剖法”接续光缆，则该隧道的光通路可减少12×0.08dB≈1dB的光纤熔接损耗。

1dB与上述3.16dB比较，即“纵剖法”接续光缆与常规方法相比，可降低光通路损耗达32%，相当可观。

同时，“纵剖法”由于大幅度地减少了光纤接头数量，减少了光缆系统的障碍点，并降低了光纤接续的施工成本。

5.2光缆接头坑的应用

在隧道外进行高铁槽道主干光缆和分支光缆的接续时，当光缆对纤、熔接工作全部完成后，应将光缆接续点的光缆接头盒砌坑填砂直埋，并在其上方安装标石以示标志，如图5-4所示：

图5-4光缆接续点的光缆接头盒安装方式示意图

该接头坑采用24墙砖砌底面垫砖，光缆两端在坑内各盘留一圈，光缆接续完毕后填粗砂盖水泥盖板（1300X550X50mm），以形成对光缆接头盒的有效保护。