室內(nèi)5G覆蓋數(shù)字化演進策略探討

李耀華

（天元瑞信通信技術(shù)股份有限公司，西安 710000）

1 引言

與前幾代移動網(wǎng)絡(luò)相比，5G網(wǎng)絡(luò)的能力將有飛躍發(fā)展，5G將作為下一代網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在提高現(xiàn)有業(yè)務(wù)的同時深入各行各業(yè)。新的業(yè)務(wù)需求，如云VR/AR、車聯(lián)網(wǎng)、智能制造、智慧城市、無線醫(yī)療、家庭娛樂、無人駕駛、AR/VR等應(yīng)用的出現(xiàn)，5G將開啟更極致的帶寬體驗，身臨其境的視覺效果，以及萬物互聯(lián)的新時代。

在5G時代，增強移動寬帶、海量通信和低時延關(guān)鍵通信應(yīng)用場景的多樣化，更多的用例將發(fā)生在室內(nèi)。與前幾代移動網(wǎng)絡(luò)相比，5G網(wǎng)絡(luò)將采用更高的頻譜帶寬，以滿足更高帶寬、更低時延的業(yè)務(wù)需求。5G室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)不僅滿足帶寬需求，更要滿足延遲、安全、面向服務(wù)等方面的高要求。傳統(tǒng)室內(nèi)分布式天線系統(tǒng)（Distributed Antenna System，DAS）的局限性也愈發(fā)明顯，不能滿足5G的業(yè)務(wù)發(fā)展需求，而室內(nèi)5G覆蓋的數(shù)字化具有大容量、組網(wǎng)靈活、海量連接、低時延、高可靠和網(wǎng)絡(luò)開放、可提供端到端的維護管理優(yōu)勢，已成為各大廠家關(guān)注的熱點。本文結(jié)合現(xiàn)有室內(nèi)5G系統(tǒng)數(shù)字化趨勢，分析了室內(nèi)5G系統(tǒng)覆蓋數(shù)字化技術(shù)方案和關(guān)鍵技術(shù)，并提出了室內(nèi)5G的部署策略，為后期室內(nèi)5G的覆蓋提供了很好的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

2 室內(nèi)覆蓋網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

5G時代室內(nèi)將作為各個應(yīng)用場景的主要場所，如何實現(xiàn)室內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)的高效、高速覆蓋將成為各個運營商需要考慮的問題之一。結(jié)合現(xiàn)有室內(nèi)覆蓋方案，室內(nèi)信號覆蓋可能采取的覆蓋方案包括室外覆蓋室內(nèi)方式、傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)、室內(nèi)數(shù)字化的建設(shè)方式。傳統(tǒng)的室外覆蓋室內(nèi)方式將在室內(nèi)5G覆蓋中效果驟降。依據(jù)理想傳播損耗模型，5G將采用C-Band頻段，其穿透墻體的損耗將大于4G采用的Sub-3GHz頻段的損耗，其預(yù)計將產(chǎn)生額外的8-13dB鏈路損耗，因此通過室外覆蓋室內(nèi)對于5G來說愈發(fā)的困難，更多的依靠室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)彌補信號覆蓋。

同樣，傳統(tǒng)的DAS系統(tǒng)仍然面臨著巨大挑戰(zhàn)和瓶頸。第一，現(xiàn)有DAS系統(tǒng)采用無源器件組網(wǎng)，包括主要器件如功分器、耦合器、合路器、天線等其工作頻段為800M-2.7GHz，很難支持5G主流頻段（3.5G及以上）；若要建設(shè)5G室內(nèi)系統(tǒng)需替換全部器件，投資成本和建設(shè)難度較大；第二，3.5GHz和4.8GHz頻段的更高鏈路損耗，需要增加信源數(shù)量或者提供信源功耗來實現(xiàn)室內(nèi)的深度覆蓋。第三，傳統(tǒng)DAS方式一般可實現(xiàn)2×2MIMO，且兩通道不平衡時會造成吞吐量下降問題，而5G時代的4×4MIMO將為主流方式，4路DAS的部署方式和成本上均值得商榷。針對傳統(tǒng)室分系統(tǒng)面臨的問題，室內(nèi)5G數(shù)字化演進將成為必然的趨勢。

3 室內(nèi)5G覆蓋數(shù)字化趨勢

3.1 室內(nèi)5G覆蓋數(shù)字化方案

室內(nèi)5G覆蓋數(shù)字化方案采用扁平化結(jié)構(gòu)，大大簡化了室內(nèi)分布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具有部署快速、方便，符合未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢。

圖1 室內(nèi)5G覆蓋數(shù)字化方案

如圖1所示，室內(nèi)5G覆蓋數(shù)字化架構(gòu)采用三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，由BBU（基帶單元）、RHUB（集線設(shè)備）和PRRU（射頻遠端單元）組成。BBU與RHUB之間采用光纖連接，RHUB與PRRU之間通過網(wǎng)線連接。

與傳統(tǒng)的DAS方式相比，室內(nèi)5G覆蓋數(shù)字化方案具有如下特點：一是有源頭端的引入，5G頭端采用有源的小基站設(shè)備PRRU，覆蓋距離遠、損耗低，并支持即插即用、易于安裝和維護。同時有源的頭端為集中的可管可控提供的基礎(chǔ)。二是傳輸網(wǎng)線化/光纖化，基于傳統(tǒng)DAS方式的饋線和器件不支持5G頻段，且對于4×4MIMO的建設(shè)支撐難度大、成本高。而室內(nèi)5G覆蓋數(shù)字化方案采用基于網(wǎng)線和光纜組網(wǎng)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)射頻纜線組網(wǎng)，可以很好的實現(xiàn)室內(nèi)5G NR與LTE的融合。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 多頻多模

每代移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能否成功，一方面取決于對未來業(yè)務(wù)需求的很好把握；另一方面取決于能否與現(xiàn)有技術(shù)很好的兼容?？紤]到疊加室內(nèi)組網(wǎng)建設(shè)的約束，室內(nèi)5G覆蓋的數(shù)字化有源頭端，將實現(xiàn)Sub-3GHz+C-Band的多頻、5G和LTE的多模式、eMBB+IoT的多業(yè)務(wù)于一體化，更好的支持不同業(yè)務(wù)場景應(yīng)用。

3.2.2 大規(guī)模MIMO

隨著移動通信帶寬容量需求的成倍增長，使用無線電波頻率也將隨之提高，而相應(yīng)的傳輸損耗也將隨之加大。在同樣的頻譜資源空間下，更多高頻天線的MIMO技術(shù)其充分利用空間自由度，彌補高頻傳播的損耗，提升傳輸?shù)目煽啃裕@得更廣的覆蓋、和更優(yōu)質(zhì)的用戶體驗。而基于高頻的室內(nèi)5G覆蓋將產(chǎn)生更大的傳播損耗，為了更好彌補該部分損耗，基于4×4 MIMO將作為室內(nèi)5G覆蓋的重要技術(shù)之一。

3.2.3 網(wǎng)絡(luò)切片和邊緣計算

為了滿足多業(yè)務(wù)場景的靈活綜合承載，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)依靠網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)，將物理網(wǎng)絡(luò)劃分為多個獨立的邏輯網(wǎng)絡(luò)，基于特定業(yè)務(wù)需求，差異化業(yè)務(wù)定制服務(wù)，構(gòu)建端到端的邏輯承載網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可以很好的實現(xiàn)業(yè)務(wù)分散多用戶、多業(yè)務(wù)的的靈活定制、按需使用、按需分配，確保業(yè)務(wù)的最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)承載。

邊緣計算（MEC）將在靠近人、物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，通過部署具備一定計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)能力的設(shè)備、數(shù)據(jù)中心等節(jié)點，就近提供邊緣智能服務(wù)，滿足行業(yè)數(shù)字化在敏捷連接、實時業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全與隱私保護等方面的關(guān)鍵需求。

5G時代網(wǎng)絡(luò)切片和邊緣計算將作為重要的技術(shù)之一，對業(yè)務(wù)需求的靈活網(wǎng)絡(luò)定制和最優(yōu)承載，建立至邊緣計算（內(nèi)容源）的“云網(wǎng)”一體化解決方案，可以很大程度上減輕骨干網(wǎng)絡(luò)壓力，降低網(wǎng)絡(luò)時延，提升用戶體驗。

3.3 面臨的挑戰(zhàn)

室內(nèi)5G數(shù)字化覆蓋方案有眾多的優(yōu)點，如部署靈活、易實施、容量大等，該方案可以很好的滿足未來業(yè)務(wù)發(fā)展需求，作為未來室內(nèi)5G覆蓋的必然選擇。但其面臨的挑戰(zhàn)也不容忽視。如成本問題，相比現(xiàn)有室內(nèi)4G覆蓋技術(shù)，室內(nèi)5G覆蓋將采用全新的頻段和設(shè)備，其設(shè)備費用和OPEX費用也將增加；能耗問題也將成為室內(nèi)5G覆蓋的又一主要關(guān)注點，有源頭端設(shè)備、4×4 MIMO的規(guī)模采用，以及MEC的規(guī)模部署都將增加室內(nèi)5G覆蓋的能耗成本。同時室內(nèi)5G覆蓋網(wǎng)絡(luò)的高頻組網(wǎng)、容量擴展、可視化、高效運營、部署策略等也是各大運營商關(guān)注的主要問題之一。

4 室內(nèi)5G數(shù)字化部署策略

考慮到疊加室內(nèi)組網(wǎng)建設(shè)的約束，更好的兼顧現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)，逐步實現(xiàn)室內(nèi)5G數(shù)字化部署，其具體部署方案如下：

圖2 室內(nèi)5G覆蓋數(shù)字化部署策略

如圖2所示，方案一采用新建5G室分進行現(xiàn)有系統(tǒng)的替換，該方式投資成本大，適合于需求旺盛的高價值區(qū)域，如大型商場、機場、車站等；方案二在現(xiàn)有室內(nèi)4G數(shù)字化的基礎(chǔ)上建設(shè)5G，適合于已部署室內(nèi)4G數(shù)字化的系統(tǒng)，通過增加5G頭端源設(shè)備，采用4G級聯(lián)至5G PRRU，實現(xiàn)4G/5G的共點部署；同時上述兩種方案可以將現(xiàn)有六類雙絞線替換為光電復(fù)合纜，將其覆蓋范圍擴展至300米。

5 結(jié)束語

新的業(yè)務(wù)需求推動著室內(nèi)5G數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，而對于新業(yè)務(wù)場景的成熟更多的依賴于整個產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，5G如何在初期做到建設(shè)規(guī)模與業(yè)務(wù)需求相匹配，精確投入產(chǎn)出效益，確保高商業(yè)價值客戶深覆蓋，也是各大企業(yè)值得深思的問題。