4G/5G室內(nèi)覆蓋協(xié)同組網(wǎng)研究

1 概述

目前正處于4G/5G網(wǎng)絡(luò)迭代時期，網(wǎng)絡(luò)部署需綜合考慮4G/5G覆蓋需求，提高綜合投資效率。針對不同室分場景，如何進(jìn)行4G/5G室內(nèi)覆蓋分布混合協(xié)同組網(wǎng)，是本課題研究的目的[1]。

2 室內(nèi)覆蓋現(xiàn)狀分析

2.1 4G室內(nèi)分布建設(shè)方式總結(jié)

室內(nèi)分布系統(tǒng)從2G單系統(tǒng)、2G+3G雙系統(tǒng)，到2G+3G+4G多系統(tǒng)，發(fā)展到目前數(shù)字化分布系統(tǒng)，經(jīng)歷了一系列技術(shù)演進(jìn)[2]。

傳統(tǒng)無源分布系統(tǒng)在現(xiàn)網(wǎng)室分占比90%以上，單個信源一般可以覆蓋10 000平方米左右，無源分布系統(tǒng)泄漏電纜在特殊環(huán)境中使用，列如：地鐵、高鐵隧道、高速電梯等通道型場景。

傳統(tǒng)有源分布系統(tǒng)是指為了節(jié)省信源，擴大覆蓋區(qū)域，通過在無源分布系統(tǒng)的支線或干線中加裝干線放大器或使用有源天線、變頻器等有源器件增加功率，從而擴大覆蓋區(qū)域的分布系統(tǒng)。干線放大器的加入會引起底噪抬升，影響信號覆蓋質(zhì)量，在制定設(shè)計方案時需謹(jǐn)慎。

光纖分布系統(tǒng)采用數(shù)字化技術(shù)，具有安裝方便、快捷、可靠，造價較低等優(yōu)點，適用于城中村、住宅小區(qū)、大型場館、街道商鋪、VIP客戶家庭等場景覆蓋[3]。

數(shù)字化室內(nèi)分布系統(tǒng)主要用以解決室內(nèi)“三高”場景的覆蓋和容量需求（高品牌場景、高人流量、高業(yè)務(wù)流量），造價比傳統(tǒng)分布系統(tǒng)高。[4]

數(shù)字化拓展分布系統(tǒng)是為了更好利用數(shù)字分布系統(tǒng)優(yōu)勢，減少建設(shè)成本而延伸的擴展型數(shù)字化分布系統(tǒng)，其原理由原來一體化pRRU演變成pRRU+天線模式，擴大單pRRU覆蓋面積，從而減少建造成本。

數(shù)字化微分布系統(tǒng)即為小型數(shù)字化直放站，不提供容量，采用數(shù)字處理技術(shù)，可便捷、低成本解決低業(yè)務(wù)量小區(qū)域覆蓋，例如：電梯、停車場及小區(qū)域覆蓋盲點等場景。

一體化小基站設(shè)備輕巧、隱蔽，功率和容量相對較小，可采用放裝型設(shè)備直接覆蓋，也可作為分布系統(tǒng)信源外接天線覆蓋。主要用于沿街商鋪、獨立休閑場所、學(xué)校、單點的高檔住宅等小的熱點。

2.2 傳統(tǒng)室分演進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)的困境分析

（1）技術(shù)層面演進(jìn)困境

現(xiàn)網(wǎng)4G室分系統(tǒng)90%以上為單通道系統(tǒng)，若要演進(jìn)到5G，需進(jìn)行雙路（2T2R）或四路(4T4R)改造，改造難度大。除饋線外，其他器件均不支持5G頻段（3.5 GHz），而饋損隨頻段升高而增加，單天線面覆蓋收縮。且難以保證雙路（2T2R）或四路(4T4R)之間功率平衡，導(dǎo)致無法達(dá)到5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)有速率要求。傳統(tǒng)分布系統(tǒng)在5G網(wǎng)絡(luò)的高速率、高吞吐率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中干擾會更明顯[5]，如表1所示。

表1 兩種常用饋線在不同頻段的傳輸損耗

（2）非技術(shù)層面演進(jìn)困境

早期分布系統(tǒng)，運營商單獨建設(shè)多，一個天線點位至少有3副天線，如新增天線點位，天線間距、饋線走線及無源器件安裝空間均受限，天線點位不美觀，天饋線遞增后可能影響消防年檢或受業(yè)主投訴，物業(yè)公司大都不愿意對原有系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2.3 數(shù)字化室分演進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)的困境

現(xiàn)網(wǎng)早期的數(shù)字化分布系統(tǒng)一般采用五類線，傳輸速率受限，不滿足5G帶寬要求，且原有數(shù)字化分布系統(tǒng)硬件不支持軟件升級，無法平滑演進(jìn)5G，基本要重新布放1套獨立5G系統(tǒng)或全新替換，涉及二次進(jìn)場，需再次進(jìn)行物業(yè)協(xié)調(diào)，如表2所示。

表2 五類線與六類線支持網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)表

3 室內(nèi)覆蓋建設(shè)思路

3.1 5G業(yè)務(wù)在室內(nèi)的應(yīng)用

5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景，主要包括以下3個方面。

（1）增強型移動寬帶（eMBB）:大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，如高清視頻、VR/AR等業(yè)務(wù)；

（2）超高可靠與低延遲的通信(URLLC): 滿足時延低、可靠性高、移動速度快等應(yīng)用需求，如車聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等；

（3）大規(guī)模機器類通信(mMTC):低功耗、小數(shù)據(jù)包、低成本等應(yīng)用需求，如智能家居、智能停車等。

人們對5G網(wǎng)絡(luò)的定位，不局限于一張通訊網(wǎng)，而是將其作為底層網(wǎng)絡(luò)深入到社會各行各業(yè)。其中VR/AR、智慧家居、智能制造(工業(yè)自動化)、新社交網(wǎng)絡(luò)、個人AI輔助、遠(yuǎn)程醫(yī)療、無人駕駛停車等應(yīng)用場景都將在室內(nèi)發(fā)生[6]。

3.2 5G建設(shè)需求分析

基于5G相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用多在室內(nèi)場景發(fā)生，因此室內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋需求迫切。全省不完全統(tǒng)計建筑物樓宇45萬棟，按照廣東聯(lián)通4G目標(biāo)網(wǎng)覆蓋標(biāo)準(zhǔn)，需采用室分覆蓋樓宇約17.5萬棟，現(xiàn)網(wǎng)已覆蓋樓宇約9萬棟，缺口8.5萬棟，因5G網(wǎng)絡(luò)在3.5G頻段部署，缺口更大，如圖1所示。

圖1 與友商樓宇覆蓋差異對比柱狀圖

3.3 傳統(tǒng)室分4G/5G協(xié)同組網(wǎng)分析

（1）原有分布系統(tǒng)改造，替換不支持5G頻段器件，增加天線點位，利舊饋線，需至少新增1路或3路分布系統(tǒng)；存在難點：原饋線老化，新布放線纜等因素，導(dǎo)致鏈路平衡難以控制。

（2）原有分布系統(tǒng)不動，獨立新建，按C-Band布放天線要求，高熱點區(qū)域建設(shè)4通道分布系統(tǒng)，滿足4*4 MIMO要求。

（3）在原有分布系統(tǒng)基礎(chǔ)上，將5G射頻信號變頻至800～2 700 M，然后與現(xiàn)有系統(tǒng)射頻信號通過數(shù)字變頻合路單元輸出，饋入原有傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)中。數(shù)字變頻遠(yuǎn)端單元將變頻后的射頻信號轉(zhuǎn)回5G射頻信號，然后與饋線系統(tǒng)的2/3/4G射頻信號進(jìn)行合路輸出，最后通過內(nèi)置天線發(fā)射。

新建樓宇高價值區(qū)域建議采用4G+5G一體化數(shù)字化分布系統(tǒng)，其余場景采用4G+5G一體化數(shù)字化拓展分布系統(tǒng)，電梯、地下停車場采用4G傳統(tǒng)分布系統(tǒng)，可暫不考慮建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)[7]。

3.4 數(shù)字化室分系統(tǒng)4G/5G協(xié)同組網(wǎng)思路

思路一：原有系統(tǒng)不動，局部熱點區(qū)域部署5G小基站覆蓋，其余區(qū)域保持原有4G或全新布放一套5G單系統(tǒng)；另外，將原有數(shù)字化分布系統(tǒng)替換成4G+5G一體化數(shù)字化分布系統(tǒng)；

“好萊塢”如今往往指的是美國先進(jìn)的影視音樂工業(yè)，在品牌運營上更為成熟、高效。電影工業(yè)化的最終目的是打造全產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，而好萊塢擁有高技術(shù)人才、調(diào)節(jié)資本與產(chǎn)品質(zhì)量的良性循環(huán)、建立專業(yè)化影視基地和建立國際高水準(zhǔn)的攝影棚等方面，展現(xiàn)了如何打造國際品牌。

思路二：新建樓宇，采用數(shù)字化室分系統(tǒng)與傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)混合覆蓋方式，高熱點區(qū)域直接部署4G+5G數(shù)字化室分系統(tǒng)，一般區(qū)域采用4G+5G數(shù)字化拓展室分系統(tǒng)擴大覆蓋區(qū)域，地下停車場視情況采用傳統(tǒng)DAS、微分布系統(tǒng)，可暫不考慮建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)，后期通過refarming形式實現(xiàn)5G覆蓋。特殊場景，可采用新型廣角泄漏電纜覆蓋系統(tǒng)，新型廣角泄漏電纜(輻射張角達(dá)到170度)支持5G C-Band頻段，且技術(shù)較為成熟，在特定環(huán)境下，具有造價低，易施工，施工周期短等特點，適用于狹長型場景[8]。

3.5 分場景室內(nèi)覆蓋4G/5G協(xié)同組網(wǎng)方案

（1）不同場景4G業(yè)務(wù)量分析

根據(jù)室分覆蓋單棟樓宇日均業(yè)務(wù)量統(tǒng)計，室內(nèi)覆蓋流量基本分布在交通樞紐、工業(yè)園區(qū)、商業(yè)購物區(qū)、商務(wù)寫字樓等場景。因此，室內(nèi)覆蓋需根據(jù)不同場景采取針對性組網(wǎng)策略，以保障室內(nèi)覆蓋的實用性、有效性，如圖2所示。

圖2 不同場景業(yè)務(wù)量對比柱狀圖

（2）場所覆蓋優(yōu)先級建議

面向5G網(wǎng)絡(luò)，室內(nèi)覆蓋全面實施聚焦戰(zhàn)略。采用低成本、多手段提升重要場所4G深度覆蓋水平，同時綜合考慮用戶感知與投資效益，優(yōu)先對效益明顯的場所一體化部署4G+5G網(wǎng)絡(luò)。

場所覆蓋優(yōu)先級順序建議：機場、大型場館、動車站/高鐵站、地鐵、商購中心、四五星級酒店、旗艦營業(yè)廳、學(xué)校（一類校園）、三甲醫(yī)院、政府部門（對公）、一類商務(wù)辦公樓、4A及以上旅游景區(qū)（含紅色旅游景區(qū)）、大型專業(yè)/聚類市場、其他交通樞紐、大型公共場所等區(qū)域。

其他樓宇效益優(yōu)先:綜合考慮投資效益、客戶感知、區(qū)域價值、市場潛力等因素[9]。

（3）分場景、分階段建設(shè)方案

根據(jù)建筑物功能用途，結(jié)合用戶行為、業(yè)務(wù)類型需求等綜合分析，選取合適組網(wǎng)方案進(jìn)行覆蓋，從而實現(xiàn)低成本高效率建設(shè)室內(nèi)覆蓋的目標(biāo)。以下為不同場景組網(wǎng)方案的建議：

機場、動車站、高鐵站：其特點內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，空曠與小型辦公區(qū)域并存，人流量大、流動性強、高端用戶居多，數(shù)據(jù)及語音需求高，物業(yè)協(xié)調(diào)難度大，施工要求嚴(yán)格，不允許二次進(jìn)場施工等條件限制，建議非地下停車場外同時部署4G+5G一體化數(shù)字化分布系統(tǒng)進(jìn)行覆蓋，其他交通樞紐采用4G+5G一體化數(shù)字化拓展分布系統(tǒng)覆蓋，地下停車場采用低成本微分布系統(tǒng)覆蓋，建設(shè)只建設(shè)4G,暫不考慮5G覆蓋。

大型會展中心、大型體育館：建筑物主體層高、鋼架結(jié)構(gòu)、傳播環(huán)境復(fù)雜、用戶集中、突發(fā)容量高等特點。在1.5萬m2以上會展中心、體育館觀眾席大于8 000人，建議采用4G+5G一體化數(shù)字化分布系統(tǒng)進(jìn)行覆蓋，其他場館建議采用4G+5G一體化數(shù)字化拓展分布系統(tǒng)覆蓋。

地鐵：其特點站臺、站臺之間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，隧道為管道型，人流量大、流動性強，數(shù)據(jù)及語音需求高，通常物業(yè)協(xié)調(diào)難度大，施工要求嚴(yán)格，不允許二次進(jìn)場施工等條件限制，建議站廳、站廳一步到位，同時部署4G+5G一體化數(shù)字化分布系統(tǒng)進(jìn)行覆蓋，隧道采用泄漏電纜覆蓋，同時部署4G+5G，避免隧道斷點信源二次進(jìn)場。

星級酒店：建筑物多有鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)，建筑面積大，樓層高，內(nèi)部隔墻厚且裝修豪華，裝飾復(fù)雜，低層設(shè)有大堂吧、咖啡廳、宴會廳、大型會議室及餐廳，中高層一般為客房區(qū)。此場景人員流動性強、高端用戶居多，建議低層功能區(qū)采用4G+5G一體化數(shù)字化拓展分布系統(tǒng)覆蓋，其他區(qū)域采用傳統(tǒng)分布系統(tǒng)覆蓋，且暫不考慮5G覆蓋。

購物中心：建筑物多為玻璃幕墻位置，內(nèi)部相對空曠綜合體建筑，購物、餐飲、娛樂，才餐飲區(qū)域人員較為密集，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)要求較高。建議5萬m2以上購物中心或大型專業(yè)聚類市場采用4G+5G一體化數(shù)字化拓展分布系統(tǒng)覆蓋，其他購物中心采用4G+5G一體化數(shù)字化拓展分布系統(tǒng)覆蓋，其他區(qū)域采用傳統(tǒng)分布系統(tǒng)覆蓋，且暫不考慮5G覆蓋。

校園：教學(xué)區(qū)、宿舍區(qū)、行政樓、食堂、圖書館、大禮堂及體育館等區(qū)域，此類區(qū)域是校園內(nèi)話務(wù)集中，且明顯潮汐效應(yīng)，但根據(jù)話務(wù)集中情況，建議二類以上校園或簽約校園宿舍樓、食堂直接采用4G+5G一體化數(shù)字化拓展分布系統(tǒng)覆蓋，其他教學(xué)區(qū)、行政樓、圖書館、大禮堂及體育館等區(qū)域采用4G+5G一體化數(shù)字化拓展分布系統(tǒng)覆蓋，其他區(qū)域采用室外基站覆蓋。

政企單位：建筑物多有鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)，樓層較高，內(nèi)部隔斷多，裝修豪華，平層結(jié)構(gòu)一般為走廊+單/雙邊房間，建筑物內(nèi)部常設(shè)有大開間辦公區(qū)域、會議室，房間較深等特點。三甲醫(yī)院門診、大廳及地市級意思辦證中心大廳等人流密集區(qū)域建議采用4G+5G一體化數(shù)字化分布系統(tǒng)進(jìn)行覆蓋，地市級意思政府四套辦證及住院大樓VIP病房建議采用4G+5G一體化數(shù)字化拓展分布系統(tǒng)覆蓋，其他區(qū)域采用傳統(tǒng)分布系統(tǒng)覆蓋。

商務(wù)寫字樓：建筑物多有鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)外加玻璃幕墻，外部結(jié)構(gòu)通透，內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對開闊，設(shè)有大小會議室，建筑物較高，高層信號復(fù)雜，導(dǎo)頻污染嚴(yán)重。此場景，人員流動性一般，建議采用4G+5G一體化數(shù)字化拓展分布系統(tǒng)覆蓋，地下停車場采用傳統(tǒng)分布系統(tǒng)覆蓋。

工業(yè)園區(qū)：工作及生活一體化，廠房內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，宿舍樓及辦公樓結(jié)構(gòu)單一，話務(wù)集中于食堂及宿舍樓，視業(yè)務(wù)需求，食堂及宿舍樓可采用4G+5G一體化數(shù)字化分布系統(tǒng)進(jìn)行覆蓋，其他區(qū)域采用室外基站覆蓋或需室分覆蓋采用傳統(tǒng)分布系統(tǒng)覆蓋，如有特殊廠房需要工業(yè)自動化，建議直接采用4G+5G一體化數(shù)字化拓展分布系統(tǒng)覆蓋。

其他場景，通過傳統(tǒng)分布系統(tǒng)、微分布系統(tǒng)等低成本建設(shè)方式覆蓋，建議只建4G網(wǎng)絡(luò)，暫不考慮5G覆蓋。

（4）不同場景造價分析

在邊緣場強-105 dBm情況下，3.5G頻段的5G 系統(tǒng)與2.1G頻段的4G雙通道系統(tǒng)，覆蓋能力相當(dāng)，5G網(wǎng)絡(luò)下行邊緣速率可達(dá)100 Mbit/s。4、5G系統(tǒng)可同點位部署，覆蓋半徑建議如表3所示。[10]

表3 單pRRU覆蓋能力建議值

根據(jù)傳播模型的穿透損耗公式，同時考慮上下行解耦技術(shù)、雙鏈接技術(shù)并結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析，傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)覆蓋半徑建議如表4所示。

表4 傳統(tǒng)室分天線覆蓋半徑建議值

根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)不同場景采用傳統(tǒng)室分方案與數(shù)字 化室分方案造價估算如表5所示。

表5 不同場景傳統(tǒng)與數(shù)字化分布系統(tǒng)造價表

4 結(jié)束語

當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)正處于4G&5G更新迭代時期，本文通過對不同場景建筑物結(jié)構(gòu)特點、無線傳播特性、用戶行為、業(yè)務(wù)需求及工程造價等方面進(jìn)行深入分析，結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)工程數(shù)據(jù)，提出不同場景4G&5G網(wǎng)絡(luò)協(xié)同組網(wǎng)方案建議，為后期室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的規(guī)劃建設(shè)工作提供了科學(xué)指引。