5G時(shí)代傳統(tǒng)室內(nèi)覆蓋方式的適用性分析

黃善蘭

（北京中網(wǎng)華通設(shè)計(jì)咨詢有限公司，北京 100070）

0 引 言

5G大規(guī)模建設(shè)的序幕即將開啟。日前，中國聯(lián)通發(fā)布“5G+視頻”推進(jìn)計(jì)劃，將在5G產(chǎn)業(yè)鏈上開拓更多場(chǎng)景應(yīng)用。中國電信也與中興通訊開展合作，完成電信在雄安和蘇州地區(qū)的5G試驗(yàn)網(wǎng)階段測(cè)試，探索多個(gè)行業(yè)應(yīng)用。而在此之前，三大運(yùn)營商已經(jīng)披露了在全國幾十個(gè)城市進(jìn)行的試點(diǎn)工作計(jì)劃。

5G建設(shè)由于使用了中高頻的3.5G甚至是毫米波頻段，穿透損耗較現(xiàn)有4G（1.8G）要高10 dB左右，極大地影響了室內(nèi)覆蓋效果[1]。所以，室內(nèi)覆蓋是5G覆蓋的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。目前，業(yè)界公認(rèn)的5G室內(nèi)覆蓋解決手段是主設(shè)備廠家推出的數(shù)字化室分。

4G時(shí)代室內(nèi)覆蓋的主要手段包括室外站覆蓋室內(nèi)、傳統(tǒng)室內(nèi)覆蓋以及微站設(shè)備覆蓋等。這些方式在5G時(shí)代是否還有用武之地，現(xiàn)有大量已建室分是否有改造支持5G的可行性及必要性，是本文分析的重點(diǎn)。

1 室外站覆蓋室內(nèi)方式

一直以來，常說70%的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)來源于室內(nèi)。但是，從現(xiàn)有實(shí)際覆蓋方式來說，室內(nèi)覆蓋主要依靠室外站完成?，F(xiàn)階段，網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋方式中，室外站覆蓋室內(nèi)方式最常用。它簡單、實(shí)施快捷，但普遍存在覆蓋效果不穩(wěn)定、縱深覆蓋不足以及頻繁切換等一系列問題，對(duì)用戶而言感知較差，對(duì)網(wǎng)絡(luò)而言影響整體質(zhì)量。

近幾年，部分直放站廠家推出了“微分布”或“微室分”類型的設(shè)備，如圖1所示。從技術(shù)上講，無線直放站的組網(wǎng)架構(gòu)增加了數(shù)字調(diào)制技術(shù)和線纜直流供電技術(shù)，并沒有從根本上解決設(shè)備對(duì)上行站底噪的影響。這一類設(shè)備在下一步的5G室內(nèi)覆蓋中應(yīng)用很少，建議僅作為底層承載的3/4G網(wǎng)絡(luò)使用。

圖1 微分布系統(tǒng)示意圖

5G網(wǎng)絡(luò)啟用后，由于信號(hào)頻段較高、縱深覆蓋能力較弱，室外站直接覆蓋室內(nèi)的模式將極大受限，僅適用于距離室外站距離較近、樓宇規(guī)模相對(duì)簡單或小型樓宇，場(chǎng)景類似于廠房、6層以下的磚機(jī)構(gòu)墻體等穿透損耗較低的樓宇。對(duì)于辦公樓雙排一字型、大型商場(chǎng)等復(fù)雜的樓宇，它的覆蓋能力降低明顯，已經(jīng)不再適用。

因此，通過室外站解決室內(nèi)覆蓋在5G室內(nèi)覆蓋上仍然會(huì)使用，但適用場(chǎng)景受限，越來越多的室內(nèi)環(huán)境將由微站等覆蓋方式代替。

覆蓋能力的直觀變化如圖2所示。在目前網(wǎng)絡(luò)條件下，這種結(jié)構(gòu)的6層及以下樓宇基本都依靠室外站進(jìn)行覆蓋。但是，5G網(wǎng)絡(luò)模式下，覆蓋能力降低了樓宇兩側(cè)部分的穿透覆蓋，樓道及其他公共區(qū)域覆蓋水平降低。類似于圖2右側(cè)結(jié)構(gòu)的樓宇，在5G網(wǎng)絡(luò)模式下仍然可以由室外站進(jìn)行覆蓋，但電梯等偏僻區(qū)域需要有室分作為補(bǔ)充覆蓋。

圖2 覆蓋能力的直觀變化圖

2 傳統(tǒng)室內(nèi)覆蓋方式

傳統(tǒng)室內(nèi)覆蓋主要指的是以同軸電纜為信號(hào)傳輸介質(zhì)，經(jīng)由功分器或耦合器將信號(hào)均勻分配至每一天線點(diǎn)位的分布信號(hào)覆蓋系統(tǒng)。從2G時(shí)代開始興起到3G時(shí)代的大發(fā)展，再到現(xiàn)在4G網(wǎng)絡(luò)后期的模式受限，傳統(tǒng)室分貫穿了整個(gè)室內(nèi)分布系統(tǒng)的全階段歷程。到目前，傳統(tǒng)室分仍然承擔(dān)著現(xiàn)網(wǎng)超過95%以上的室內(nèi)區(qū)域覆蓋需求。

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的來臨，由于傳統(tǒng)室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)中器件普遍的支持頻段為800～2 500 MHz（2014年后鐵塔公司要求分布系統(tǒng)支持頻段提升至高頻2 700 MHz），對(duì)高頻網(wǎng)絡(luò)以及4×4 MIMO技術(shù)力不從心，應(yīng)用受到了限制。但是，通過多年的積累，存量室內(nèi)覆蓋積淀的資產(chǎn)及覆蓋區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)升級(jí)不容忽視。另外，傳統(tǒng)室分系統(tǒng)的深度覆蓋能力仍然值得繼續(xù)發(fā)揮效果，值得研究。

現(xiàn)有室分系統(tǒng)支持頻段受限和新型覆蓋方式的引入，注定了傳統(tǒng)室分在5G中已經(jīng)不是一個(gè)最好的選項(xiàng)，5G網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)區(qū)域必然不會(huì)考慮。對(duì)于非熱點(diǎn)區(qū)域，新建5G室分投資過大，對(duì)現(xiàn)有室分改造支持5G也是一種可行方式。由于頻段不支持、存量室分線纜布放改造難度大，現(xiàn)階段末端信源饋入是唯一可行的改造方式。改造思路為將原有的傳統(tǒng)室分系統(tǒng)化整為零，分為若干個(gè)小的覆蓋區(qū)域，替換原有系統(tǒng)中的器件及天線，后端接入5G設(shè)備升級(jí)為新的網(wǎng)絡(luò)覆蓋系統(tǒng)，覆蓋示意圖如圖3所示（本覆蓋思路適用于新建及改造室分系統(tǒng)）。

考慮到5G工作頻段較高、穿透能力的問題，它對(duì)室內(nèi)多隔斷區(qū)域覆蓋根本無法達(dá)到效果。這種場(chǎng)景可以考慮引入小區(qū)域的傳統(tǒng)室分作為信號(hào)分流點(diǎn)進(jìn)行縱深覆蓋，從而彌補(bǔ)這一問題，覆蓋示意圖如圖4所示。

2018年12月6 日，工信部對(duì)運(yùn)營商的5G試驗(yàn)網(wǎng)頻段進(jìn)行了明確分配，中國移動(dòng)獲得2 515～2 675 MHz頻段，無疑是傳統(tǒng)室分繼續(xù)發(fā)展的一個(gè)利好消息。現(xiàn)網(wǎng)傳統(tǒng)室分的線纜和部分支持800～2 700 MHz的器件將不需要替換，移動(dòng)的5G網(wǎng)絡(luò)可以直接接入，完成在傳統(tǒng)室分的網(wǎng)絡(luò)布局。

圖3 覆蓋示意圖

圖4 傳統(tǒng)室分覆蓋部分新技術(shù)信號(hào)饋入點(diǎn)位圖

在現(xiàn)階段傳統(tǒng)室分中，如果計(jì)劃預(yù)留5G合路條件，有如下建議[2]：

（1）分布系統(tǒng)內(nèi)的器件及天線支持頻段為800～2 700 MHz，如此可接入移動(dòng)頻段；

（2）不建議采用大分布系統(tǒng)方案，更好的覆蓋方案是末端合路方案，即將分布系統(tǒng)化整為零，分為若干個(gè)小的覆蓋區(qū)域，前端現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)直接接入，后端預(yù)留5G設(shè)備接入條件，為升級(jí)為新的網(wǎng)絡(luò)做準(zhǔn)備，如圖5所示。

圖5 5G設(shè)備后端合路示意圖

3 微站覆蓋方式

通過在建筑物內(nèi)部安裝SmallCell，使無線信號(hào)在建筑物內(nèi)得以覆蓋，并可吸收更多的熱點(diǎn)數(shù)流量。對(duì)于室內(nèi)較大面積的空曠區(qū)域，如地下停車場(chǎng)、倉儲(chǔ)超市等，利用微站進(jìn)行覆蓋能達(dá)到較好的覆蓋效果。如圖6所示，為利用微站覆蓋地下停車場(chǎng)的場(chǎng)景。

圖6 典型的空曠場(chǎng)景微站設(shè)備覆蓋示意圖

與室外站覆蓋、室內(nèi)分布系統(tǒng)兩種方案相比，SmallCell是更好的解決室內(nèi)覆蓋的方案。它不需機(jī)房等配套設(shè)施，且設(shè)備集成度高、站址及場(chǎng)景選擇靈活，能有效滿足室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋和容量需求。但是，基于造價(jià)因素，目前該方式應(yīng)用規(guī)模受限。

5G時(shí)代，由于頻段及穿透能力受限，限制了室外覆蓋室內(nèi)、傳統(tǒng)室分的應(yīng)用，而采用SmallCell解決室內(nèi)覆蓋方案是更靈活、更有效、成本更低的方案。目前，它的建設(shè)成本約為傳統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)的1.25～1.30倍[3]，但隨著網(wǎng)絡(luò)覆蓋和容量需求的不斷增加，SmallCell設(shè)備會(huì)有大量需求，設(shè)備價(jià)格也會(huì)隨著規(guī)模的增長而下降。因此，微站覆蓋方式在5G時(shí)代的應(yīng)用規(guī)模將得到極大提升。

4 結(jié) 論

5G時(shí)代，室內(nèi)覆蓋的主流方式必然是數(shù)字化室分。本文主要針對(duì)目前室分常用的幾種覆蓋方式進(jìn)行分析，提出相關(guān)建設(shè)和改造建議，從而為5G室內(nèi)覆蓋提供一些新的思路。