分布式皮基站在5G室內(nèi)覆蓋中的應(yīng)用與挑戰(zhàn)

中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司|馬穎

現(xiàn)網(wǎng)4G分布式皮飛基站可以通過改造方式支持5G NR，工程實(shí)施難度相對不高，并且可實(shí)現(xiàn)4×4MIMO。針對5G室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)高容量高價(jià)值場景，選擇分布式皮基站建設(shè)方案較為合適。

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)流量近年來保持快速增長的態(tài)勢，給網(wǎng)絡(luò)帶來較大的壓力。根據(jù)分析，4G網(wǎng)絡(luò)約60%以上的業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)，預(yù)計(jì)未來5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代室內(nèi)業(yè)務(wù)量的占比還將進(jìn)一步提升。并且，5G網(wǎng)絡(luò)采用中低頻（3.5GHz、4.9GHz）、高頻毫米波段（28GHz）的信號，其空間衰減和介質(zhì)損耗較大，5G NR室外覆蓋室內(nèi)的深度覆蓋能力將變差。因此，5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋效果對于客戶的良好體驗(yàn)將凸顯其重要性。

5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋使用頻率

5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋可能使用的頻率包括3.3～3.4GHz、3.4～3.6GHz、4.8～5.0GHz、毫米波段、2G/3G/4G系統(tǒng)的存量頻段等。

3.3～3.4GHz已規(guī)定僅用于室內(nèi)覆蓋。3.4～3.6GHz、4.8～5.0GHz將是室外覆蓋的主力頻段，如果應(yīng)用于室內(nèi)，還需要研究和驗(yàn)證室內(nèi)外同頻干擾問題。現(xiàn)有2G/3G/4G系統(tǒng)的存量頻段后續(xù)可以演進(jìn)支持5G系統(tǒng)，但帶寬資源有限。毫米波段5G NR目前尚未有明確設(shè)備產(chǎn)品路標(biāo)，并且其信號傳播損耗相對中低頻更大。

從目前來看，現(xiàn)階段5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋主要應(yīng)用的頻率將是3.3～3.4GHz，而3.4～3.6GHz、4.8～5.0GHz在室內(nèi)使用的效果需要通過網(wǎng)絡(luò)測試來驗(yàn)證分析。

5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋建設(shè)方案分類

5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)信號覆蓋可能采取的建設(shè)方案包括室外覆蓋室內(nèi)方式、傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)、室內(nèi)光纖分布系統(tǒng)以及分布式皮基站的建設(shè)方式。

具體分類如下。一是室外覆蓋室內(nèi)方案，指輻射點(diǎn)天線的位置基本位于室外，采用宏蜂窩、微基站、室外光纖分布系統(tǒng)等方式，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)位、多角度的分布式立體覆蓋方案，滿足室內(nèi)覆蓋需求。二是室內(nèi)分布覆蓋系統(tǒng)，采用室內(nèi)分布系統(tǒng)（包括傳統(tǒng)的單路同軸電纜方式、雙路同軸電纜方式、室內(nèi)光纖分布系統(tǒng)），利用分布式天線點(diǎn)位，將信號均勻分布到建筑物各區(qū)域，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)覆蓋。三是室內(nèi)蜂窩系統(tǒng)，主要采用分布式皮飛基站系統(tǒng)進(jìn)行室內(nèi)信號覆蓋。

在室外覆蓋室內(nèi)方案方面，3.5GHz信號空間傳播損耗及介質(zhì)穿透損耗相比Sub-3GHz頻段增大約7～8dB，因此5G網(wǎng)絡(luò)的3.5GHz信號室外覆蓋室內(nèi)的效果將非常有限，在深度覆蓋不足的室內(nèi)場景仍需要通過室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)彌補(bǔ)信號覆蓋。

圖 分布式皮基站架構(gòu)

表 5G分布式皮基站與4G分布式皮基站的對比

在現(xiàn)網(wǎng)存量DAS系統(tǒng)方面，一般支持的頻段為800MHz～2700MHz，因此包括功分器、耦合器、合路器、天線等器件都需更換，工程改造和物業(yè)協(xié)調(diào)較為復(fù)雜，并且不方便實(shí)施多路建設(shè)，從而無法發(fā)揮NR多流技術(shù)優(yōu)勢；此外，由于傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)饋線對于3.5GHz頻段的信號傳輸衰減相比2.3GHz有所增大，如果保持與2.3GHz同點(diǎn)位覆蓋，需要將信源功率提升或者增加信源。因此，傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)需要推動(dòng)大功率RRU設(shè)備的產(chǎn)業(yè)進(jìn)程，可應(yīng)用于容量不高的5G室內(nèi)覆蓋場景。

在光纖分布系統(tǒng)方面，現(xiàn)網(wǎng)光纖分布系統(tǒng)主要應(yīng)用在室外覆蓋室內(nèi)的場景，如果支持3.5GHz頻段，需要新增5G NR信源、新增接入單元AU、更換擴(kuò)展單元EU、新增射頻單元RU，工程改造難度相對于傳統(tǒng)DAS方案小。如果用于室內(nèi)覆蓋場景，需實(shí)現(xiàn)小功率室內(nèi)天線一體化光纖分布系統(tǒng)，可支持4×4MIMO。

在分布式皮基站方面，現(xiàn)網(wǎng)4G分布式皮飛基站可以通過改造方式支持5G NR，采用CAT6A網(wǎng)線或帶電光纜，工程實(shí)施難度相對不高，并且可實(shí)現(xiàn)4×4MIMO，容量性能較為優(yōu)異。針對5G室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)高容量高價(jià)值場景，選擇分布式皮基站建設(shè)方案較為合適。

分布式皮基站室內(nèi)建設(shè)方案分析

分布式皮基站是一種新型的數(shù)字化基站主設(shè)備，采用三級網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，由BBU（基帶單元）、RHub（集線設(shè)備）和Pico RRU（射頻遠(yuǎn)端單元）組成。BBU與RHub之間采用光纖連接，Rhub與Pico RRU之間通過網(wǎng)線連接。

4G分布式皮基站發(fā)射功率一般為2×125mw，據(jù)了解5G分布式皮基站初步規(guī)劃的功率為4×125mw或4×250mw，目前還處于方案論證階段中。

按照3.5GHz頻段100MHz帶寬，5G分布式皮基站相比4G分布式皮基站20MHz帶寬有5倍的增益，另外頻譜效率考慮提升1.1～1.2倍左右，因此5G分布式皮基站相比4G分布式皮基站速率提升約有5倍以上的增益。

對比傳統(tǒng)DAS方式，分布式皮基站存在如下優(yōu)勢：

一是分布式皮基站系統(tǒng)在100米以內(nèi)時(shí)無需考慮距離延伸所帶來的饋線損耗，傳統(tǒng)DAS方式由于無源器件和饋線帶來的損耗會(huì)影響信號傳輸；

二是分布式皮基站工程實(shí)施相對方便簡捷，部署較為靈活，支持通過軟件設(shè)置小區(qū)合并或分裂，可靈活構(gòu)建較大規(guī)模的分布系統(tǒng)，而傳統(tǒng)DAS布線較為繁雜，工程實(shí)施相對困難，并且擴(kuò)容也需要一定的工程改造量；

三是分布式皮基站可支持4×4 MIMO，信號穩(wěn)定，可適應(yīng)5G eMBB業(yè)務(wù)等高容量需求，滿足5G室內(nèi)視頻、VR、AR等業(yè)務(wù)需求，而傳統(tǒng)DAS方式一般可實(shí)施到2×2MIMO，且兩通道不平衡時(shí)會(huì)造成吞吐量下降問題；

四是分布式皮基站遠(yuǎn)端PRRU可獨(dú)立配置、實(shí)時(shí)監(jiān)控，定位及優(yōu)化運(yùn)維工作較為便利，而傳統(tǒng)DAS無法主動(dòng)監(jiān)控，故障定位較難實(shí)施，需要進(jìn)行現(xiàn)場排查。

由此可見，分布式皮基站在網(wǎng)絡(luò)性能、工程實(shí)施、網(wǎng)絡(luò)容量、監(jiān)控運(yùn)維等方面均具有一定的優(yōu)勢，非常適合高容量、高價(jià)值場景的室內(nèi)覆蓋部署。

分布式皮基站挑戰(zhàn)重重

5G室內(nèi)覆蓋采用分布式皮基站，同樣面臨一些問題和挑戰(zhàn)。

首先，分布式基站相比傳統(tǒng)DAS方式，建設(shè)造價(jià)相對較高。根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)測算，4G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋建設(shè)方案中，分布式皮基站整體投資單平米造價(jià)約12元，傳統(tǒng)單路DAS單平米造價(jià)約4～5元，傳統(tǒng)雙路DAS單平米造價(jià)約8元，分布式皮基站造價(jià)是傳統(tǒng)單路DAS的2～3倍，是傳統(tǒng)雙路DAS的1.5倍。據(jù)粗略估算，5G分布式皮基站相比4G分布式皮基站造價(jià)上升約1倍，5G傳統(tǒng)雙路DAS分布系統(tǒng)器件及RRU造價(jià)提升2～3倍，5G分布式皮基站單平米造價(jià)約是傳統(tǒng)雙路DAS的1.5倍，是傳統(tǒng)單路DAS的2倍以上?？梢姡?G分布式皮基站相比傳統(tǒng)DAS方式投資成本仍較高，如果現(xiàn)網(wǎng)室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)全部實(shí)施分布式皮基站建設(shè)方案，所需的總體建設(shè)成本較大，會(huì)給運(yùn)營商帶來較大的投資壓力，因此需分場景、分步驟實(shí)施。

其次，基于現(xiàn)網(wǎng)分布式皮基站的工程改造相對于DAS系統(tǒng)整體工作量和難度減小，但是仍存在物業(yè)協(xié)調(diào)、需破壞裝修等問題，需要新增或更換RHUB及prru，且需更換掉CAT5E網(wǎng)線，工程實(shí)施量仍不可小覷。

再次，目前規(guī)劃的5G分布式皮基站僅支持3.5GHz頻段，后續(xù)支持4.9GHz及更高頻的毫米波頻段，仍面臨再次工程改造、更換設(shè)備等問題。

最后，分布式皮基站為有源系統(tǒng)，遠(yuǎn)端單元需通過網(wǎng)線或獨(dú)立電源方式進(jìn)行供電，在供電困難、封閉潮濕的環(huán)境下使用會(huì)受限。

5G時(shí)代典型的室內(nèi)業(yè)務(wù)場景包括云VR/AR、智能制造、智慧能源、無線醫(yī)療、無線家庭娛樂、個(gè)人AI輔助等，對于室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)提出了很高的要求。分布式皮基站相比其他建設(shè)方式可以更好的滿足高容量需求，并且工程實(shí)施相對容易、可監(jiān)控可定位、擴(kuò)容方便，但是建設(shè)成本相對高，無法兼容未來高頻信號。因此，分布式皮基站需要與傳統(tǒng)DAS、光纖分布系統(tǒng)、直放站等各種建設(shè)方案分場景部署，保障運(yùn)營商實(shí)現(xiàn)5G室內(nèi)覆蓋性能與成本的平衡，滿足5G室內(nèi)覆蓋需求。