室內(nèi)分布系統(tǒng)面向5G演進(jìn)方案探討

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1 引言

據(jù)預(yù)測，未來70%的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量將發(fā)生在室內(nèi)，室內(nèi)覆蓋一直是運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重點(diǎn)。隨著5G時(shí)代的到來，VR、AR、云桌面等新業(yè)務(wù)的普通應(yīng)用，將對室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的速率和質(zhì)量提出更高的要求。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，三大運(yùn)營商目前現(xiàn)有室內(nèi)分布系統(tǒng)數(shù)量已經(jīng)超過50萬套，這些存量室內(nèi)分布系統(tǒng)80%以上采用傳統(tǒng)的無源分布系統(tǒng)方案建設(shè)，在未來面向5G演進(jìn)中將存在諸多問題，在即將到來的5G時(shí)代，如何在保護(hù)既有投資的前提下，經(jīng)濟(jì)快速的使室內(nèi)分布系統(tǒng)從4G演進(jìn)到5G成為一個(gè)值得探討的問題。

2 5G頻段分配情況

截止到2019年2月，5G標(biāo)準(zhǔn)R15版本中Main drop已經(jīng)凍結(jié)，Late drop也將在2019年6月凍結(jié)。

3GPP標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定5G可用頻譜資源可以分為兩個(gè)部分：頻段一為Sub6G頻段（450MHz-6000MHz），也就是通常所說的低頻頻段，是5G的主用頻段，國際上主要使用3.5GHz頻段，也有少部分國家使用2.6GHz、4.9GHz頻段，此頻段將是未來5G建設(shè)室外宏站和室內(nèi)分布系統(tǒng)的主要頻段；頻段二為毫米波頻段（24250MHz-52600MHz），也就是通常所說的高頻頻段，為5G的擴(kuò)展頻段，此頻段將用于未來5G建設(shè)微小基站吸收熱點(diǎn)區(qū)域數(shù)據(jù)流量所用。

在我國，根據(jù)5G試驗(yàn)網(wǎng)頻段使用情況和工信部關(guān)于5G頻段分配使用的相關(guān)政策，預(yù)計(jì)中國移動(dòng)將獲得2.6GHz、4.9GHz頻段，中國電信與聯(lián)通將獲得3.5GHz頻段分別用于5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

3 5G室內(nèi)MIMO技術(shù)分析

大規(guī)模MIMO是5G關(guān)鍵技術(shù)之一，收發(fā)兩端配置多根天線，特別是在基站側(cè)配置大量天線單元，獲得空間自由度，既能實(shí)現(xiàn)小區(qū)內(nèi)空間復(fù)用，也能實(shí)現(xiàn)小區(qū)間干擾抑制提高頻譜效率和能量效率，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)容量的提升。

從4G到5G，發(fā)射端支持的流數(shù)從2流、4流、8流增加到16流、24流，接收端支持的流數(shù)從1流、2流增加到4流、8流。

在室內(nèi)分布系統(tǒng)中，一方面由于單面室內(nèi)天線需求覆蓋范圍較小，信號覆蓋良好，另外大規(guī)模MIMO天線尺寸太大，工程建設(shè)不具備可實(shí)施性，4G室內(nèi)一般使用單流或者雙流進(jìn)行建設(shè)，在5G階段為了更好的發(fā)揮MIMO技術(shù)的優(yōu)勢，一般選擇采用雙流（2T2R）、四流（4T4R）方式進(jìn)行建設(shè)，在高容量場景，優(yōu)先使用四流方式進(jìn)行建設(shè)。（見表1）

表1 雙流/四流上下行峰值速率對比表

傳統(tǒng)的DAS使用饋線，施工部署難度較大，不考慮使用四流方式進(jìn)行建設(shè)。雙流的DAS由于存在饋線損耗，上行比DIS差5～6dB，導(dǎo)致上行峰值速率遠(yuǎn)小于DIS。DIS系統(tǒng)中，四流相比雙流，上下行峰值速率均有較大的增益。

4 傳統(tǒng)室分演進(jìn)分析

傳統(tǒng)的室內(nèi)分布系統(tǒng)由天線、饋線、合路器、耦合器等無源器件組成，這些器件一般能支持到700-2700MHz。

從表2可知，對于2.6GHz頻段，現(xiàn)有室內(nèi)分布系統(tǒng)的無源器件均能支持，但是對于3.5GHz頻段，耦合器、功分器性能惡化嚴(yán)重，饋線損耗增大。

傳統(tǒng)的室內(nèi)分布系統(tǒng)具有產(chǎn)業(yè)鏈成熟、組網(wǎng)成本低、故障率低等優(yōu)點(diǎn)，但對于未來新業(yè)務(wù)的需求，具有如下缺點(diǎn)：

●可監(jiān)控性差：無源器件均不可進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，人力故障排除成本高；

●不支持室內(nèi)定位：無源室分天線不可區(qū)分位置信息；

●擴(kuò)容能力有限：僅能通過增加載波方式進(jìn)行擴(kuò)容，無法滿足高容量場景擴(kuò)容需求。

對于傳統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)，如果使用2.6GHz頻段，現(xiàn)有的無源器件基本可以支持，5G可以采用直接合路的方式支持，或者在原來單流分布系統(tǒng)的基礎(chǔ)上新建一路支持雙流，然后再合路5G信源。

在一些有定位需求的場景，可以通過改造現(xiàn)有的合路器、功分器、耦合器等使之具有通直流能力，室分天線新增藍(lán)牙有源模塊，信源側(cè)新增并合路藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)，藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)通過具有直流饋線能力的無源器件，為室分天線提供直流供電，從而使傳統(tǒng)的DAS支持定位與監(jiān)控功能，這種DAS又稱為Smart DAS。

但是如果采用3.5GHz頻段，現(xiàn)有的無源器件不支持，傳統(tǒng)DAS不支持平滑演進(jìn)到5G。

5 新型室分建設(shè)分析

分布式皮飛站，是一種新型的室內(nèi)分布系統(tǒng)，其組成結(jié)構(gòu)如圖1。

表2 無源器件頻段支持情況表

圖1 分布式皮飛站組成結(jié)構(gòu)圖

分布式皮飛站采用BBU、HUB、pRRU三級架構(gòu)組網(wǎng)，是一種有源系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)DAS，使用光纖/網(wǎng)線替換饋線，利用樓宇的綜合布線系統(tǒng)，簡單快速部署。pRRU是小功率RRU設(shè)備，可根據(jù)情況進(jìn)行小區(qū)合并和裂分，可以靈活的解決覆蓋與容量的矛盾問題。BBU、RHUB、pRRU均為有源設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)管化，并且提供pRRU級位置定位能力。

分布式皮飛站不受頻率使用的限制，2.6/3.5GHz甚至毫米波均可支持。

分布式皮飛站自2013年推出已來，已經(jīng)在不少4G站點(diǎn)進(jìn)行了部署。運(yùn)營商的4G室分系統(tǒng)一般部署在2.1/2.3GHz，鏈路與穿透損耗優(yōu)于5G的2.6/3.5GHz 3-8dB增益，但是5G在MIMO、空口效率、干擾余量等方面較4G有9-10dB的總增益，故對于已經(jīng)部署了分布式皮飛站的室分系統(tǒng)，4/5G可以同點(diǎn)位同覆蓋。

對于4G已經(jīng)建設(shè)了DIS的室分系統(tǒng)，可以通過疊加5G單模pRRU或者將4G單模pRRU更換為4/5G雙模pRRU來平滑演進(jìn)到5G。

分布式皮飛站使用光纖/網(wǎng)線，節(jié)省了饋線損耗，單點(diǎn)位覆蓋能力比DAS高6dB，比較適合使用在空曠、隔斷較少的場景，對于隔斷較多的場景，不宜發(fā)揮出此技術(shù)優(yōu)勢，為此演變出了分布式皮飛站+Smart DAS混合方案。（如圖2所示）

pRRU內(nèi)置合分路器，支持1分4SISO或1分2 MIMO靈活組網(wǎng)，有效減少pRRU數(shù)量，大幅降低端到端落地成本，無源室內(nèi)天線內(nèi)置藍(lán)牙信標(biāo)，支持E2E可管可控和定位功能，可以用于辦公室、酒店等多隔斷覆蓋場景。

圖2 分布式皮飛站+Smart DAS混合方案組網(wǎng)圖

圖3 拓展型皮飛（左）與分布式皮飛（右）結(jié)構(gòu)對比圖

分布式皮飛站相比DAS造價(jià)高很多，為了降低造價(jià)，產(chǎn)生了拓展型皮飛站。（如圖3所示）

拓展型皮飛站與分布式皮飛站架構(gòu)一致，其基帶單元由通用x86服務(wù)器平臺代替專用芯片，具有低成本優(yōu)勢，其支持的小區(qū)分裂數(shù)低于分布式皮基站，基帶單元處理復(fù)雜度低，主要應(yīng)用于2萬平米以內(nèi)的低成本室內(nèi)覆蓋解決方案。

拓展型皮飛站也可以與Smart DAS結(jié)合，采用拓展型皮飛站+Smart DAS的混合方案，進(jìn)一步降低成本，拓展適用的室內(nèi)場景。

6 各種技術(shù)應(yīng)用分析

5G的室分解決方案可以歸納為傳統(tǒng)DAS、Smart DAS、分布式皮飛站、拓展型皮飛站、分布式皮飛站+Smart DAS、拓展型皮飛站+ Smart DAS六種，各種技術(shù)的對比分析情況如表3。

六種解決方案中，除了傳統(tǒng)DAS為無源系統(tǒng)外，其余的五種均為有源系統(tǒng)，無源系統(tǒng)向有源系統(tǒng)演進(jìn)，是5G室分系統(tǒng)的發(fā)展方向。

傳統(tǒng)DAS演進(jìn)路線為智能化，支持運(yùn)維可視化和精確定位。

數(shù)字室分演進(jìn)路線為采用融合組網(wǎng)的低成本方案，同時(shí)兼具精確定位和大數(shù)據(jù)能力。將部分pRRU替換為Smart DAS天線，可以節(jié)約建網(wǎng)成本約30%～45%。

拓展型皮飛站建網(wǎng)成本是分布式皮飛站的60%，

分布式皮飛站支持4T4R、小區(qū)分裂擴(kuò)容等高性能，建設(shè)成本較高，適合用于體育場館、交通樞紐、校園、高端寫字樓、五星級酒店等高價(jià)值高容量場景。

表3 各種室分技術(shù)對比分析表

拓展型皮飛站、分布式皮飛站/拓展型皮飛站+Smart DAS建設(shè)成本相對適中，適合用于商場、醫(yī)院等中等價(jià)值場景，其中分布式皮飛站/拓展型皮飛站+Smart DAS混合組網(wǎng)方式對于隔斷較多的場景具有較好的覆蓋效果。

傳統(tǒng)DAS、Smart DAS建設(shè)成本最低，但是不支持小區(qū)分裂擴(kuò)容、大數(shù)據(jù)能力，適合用于居民小區(qū)等低價(jià)值場景。

不同場景下5G室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)可以參考如下方式進(jìn)行：（如圖4所示）

為了保護(hù)既有投資，存量室分優(yōu)先利舊改造，如果不具備利舊改造條件，則同新建場景一樣，部署數(shù)字室分或混合組網(wǎng)室分。

7 總結(jié)

圖4 不同場景下5G室分建設(shè)思路

未來的5G室內(nèi)分布系統(tǒng)中傳統(tǒng)DAS、Smart DAS、分布式皮飛站、拓展型皮飛站、分布式皮飛站+Smart DAS、拓展型皮飛站+ Smart DAS將會共同存在。每種技術(shù)方案都有其不同的特點(diǎn)，在選擇技術(shù)方案的時(shí)候需要綜合考慮存量利舊、頻段、容量需求、業(yè)務(wù)需求、建筑物結(jié)構(gòu)、建設(shè)成本等因素。（見表4）

表4 英文縮略語