5G NR室分共享覆蓋解決方案研討

李京輝 張中平

【摘? 要】5G網(wǎng)絡(luò)工作頻段分配越來越高，導致室外覆蓋室內(nèi)深度覆蓋不足，傳統(tǒng)室分存量DAS支持的頻段最高到2.7 GHz，為兼顧性能合理利用建設(shè)成本，利舊原有網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)部署的室分天饋線及設(shè)備，分析了高頻導致室內(nèi)深度覆蓋不足的特點，根據(jù)傳統(tǒng)室分網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀，以5G業(yè)務(wù)價值判斷需求為場景劃分，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)中各需求場景室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)特點，利用多樣化方案應(yīng)對差異化需求，多種建設(shè)方案并存的理念，給出了面向5G頻段室分系統(tǒng)共享覆蓋的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)思路。

【關(guān)鍵詞】5G網(wǎng)絡(luò);5G頻段分配;5G室分共享覆蓋;數(shù)字化室分系統(tǒng);無源室分系統(tǒng)

The allocation of the working frequency for 5G networks gets higher， and leads to insufficient outdoor coverage and indoor coverage depth. Traditional indoor existing DAS supports up to 2.7 GHz frequency band. In order to jointly consider the performance and rational use of construction costs， the existing indoor distributed antennas and equipment in the old network are used to analyze the insufficient indoor coverage characteristics of high frequency. According to the current status of the traditional indoor distribution network， the scenarios are divided by the demands of 5G service value judgements. Combining the construction characteristics of the indoor distribution system for various demand scenarios in the network， the network construction ideas for shared coverage of 5G frequency indoor sub-systems are given using the concepts of differentiated service-oriented and multiple coexisting construction solutions.

5G network; 5G frequency band distribution; 5G indoor sharing coverage; digital indoor system; passive indoor system

0? ?引言

中國有著龐大的用戶和市場需求，在推進新興產(chǎn)業(yè)或技術(shù)具有較大優(yōu)勢。依據(jù)GSMA發(fā)布的《中國移動經(jīng)濟發(fā)展報告2020》預(yù)測，預(yù)計到2025年中國5G用戶的滲透率將增加至50%，與韓國、日本和美國等其他主要5G市場相當。預(yù)計2020至2025年間，中國運營商基于移動業(yè)務(wù)的資本支出將達到1 800億美元，其中大約90%將被用于5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，5G室分建設(shè)則占5G網(wǎng)絡(luò)投資的30%～40%。對于5G的商用化進程而言，室內(nèi)是主要應(yīng)用的場景之一。隨著無線網(wǎng)繼承式代際演進，5G業(yè)務(wù)種類持續(xù)增多和行業(yè)邊界不斷擴張，而5G則是以超大帶寬、超低延時和超強連接能力，賦能全行業(yè)數(shù)字化，有力推動AR/VR服務(wù)、4K/8K超高清視頻、高速云辦公、低延時游戲、室內(nèi)定位服務(wù)、萬物互聯(lián)等應(yīng)用的新無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在過去的4G移動網(wǎng)絡(luò)中超過70%的應(yīng)用發(fā)生在室內(nèi)場景，針對5G的特性中物與物的大范圍連接促使室內(nèi)場景中會為到來的豐富應(yīng)用提供強有力的網(wǎng)絡(luò)支持能力。

1? ? 5G NR頻段范圍及分配

（1）工信部確定的國內(nèi)電信運營商5G中低頻段試驗頻率分配如下：

1）中國電信獲得3 400 MHz—3 500 MHz：共100 MHz帶寬;

2）中國聯(lián)通獲得3 500 MHz—3 600 MHz：共100 MHz帶寬;

3）中國電信和中國聯(lián)通共同獲得室內(nèi)共享頻段3 300 MHz—3 400 MHz：共100 MHz帶寬;

4）中國移動獲得2 515 MHz—2 675 MHz：共160 MHz帶寬，4 800 MHz—4 900 MHz：共100 MHz帶寬。

其中，中國移動2 515 MHz—2 575 MHz、2 635 MHz—2 675 MHz和4 800 MHz—4 900 MHz頻段為新增頻段，2 575 MHz—2 635 MHz頻段為重耕現(xiàn)有TD-LTE頻段（60 M帶寬）。

（2）在5G頻段分配中有首次創(chuàng)新舉措，即是將一段頻段同時給兩家電信企業(yè)共同使用，通過共建共享5G室分系統(tǒng)達到降本增效，提高服務(wù)水平，增強企業(yè)競爭力。

2? ?5G高頻導致室內(nèi)深度覆蓋不足

首先，無線電波特性指出頻譜越高，其繞射能力就越差，同樣覆蓋能力也就越弱，尤其是在室內(nèi)環(huán)境中更是如此。無線空間傳播的路徑損耗一般是頻段越高，隨著距離的越大，其路徑損耗也同樣會遞增。根據(jù)SPM（標準傳播模型）傳播模型通過參數(shù)調(diào)整可以應(yīng)用于不同頻段的傳播預(yù)測。

依據(jù)圖1可以看出，電波在4.9 GHz頻段的傳播損耗較大，相比1.8 GHz頻段，其傳播損耗大13 dB左右。其他頻段的傳播損耗也同樣比1.8 GHz有所差異。因此，3.5 GHz頻段或4.9 GHz頻段相對于1.8 GHz頻段亦或者更低頻段來說，室外覆蓋室內(nèi)環(huán)境更加困難。進一步考慮到建筑物內(nèi)部各種阻隔阻擋，高頻段覆蓋室內(nèi)深處時的效果將會更差。

其次，5G頻段與4G頻段在無線空間傳播的路徑損耗有著明顯差異的前提下，室內(nèi)隔斷體根據(jù)原材料質(zhì)地和厚度的不同，不同建筑物外立面由玻璃和墻體組成，再加上不同電磁波頻率的影響，其穿透損耗也會不同，3GPP對建筑物不同材料穿透損耗的理論公式如表1所示，可以計算出各頻段間的損耗差異（L：穿透損耗（dB），f：頻率（GHz））。

依據(jù)上表可以算出，穿透損耗相對較大的混凝土在3.5 GHz和1.8 GHz的穿透損耗值分別為19 dB和12.2 dB，兩者之間相差6.8 dB，故此同樣材質(zhì)下不同頻段對應(yīng)的穿損差異很大。

3? ?傳統(tǒng)室分網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀分析

國內(nèi)樓宇中傳統(tǒng)室分系統(tǒng)在2G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)期出現(xiàn)，主要是為了解決室內(nèi)信號弱覆蓋問題，其支持5G高頻困難，施工不方便，且很難推進4T4R室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)演進，影響客戶體驗。傳統(tǒng)室分系統(tǒng)存在以下典型問題無法有效向5G網(wǎng)絡(luò)平滑演進。

（1）高頻覆蓋：C-band和Sub 3G相比，鏈路損耗更大互調(diào)干擾更加復雜，導致需要增加C-band信源以滿足同覆蓋要求。

（2）更換器件及利舊：傳統(tǒng)室分系統(tǒng)中的器件如天線、合路器、功分器、耦合器、支路饋線等還不支持5G或更換成本過高，更換難度很大。

（3）4T4R MIMO網(wǎng)絡(luò)建設(shè)：需要部署多套無源天饋系統(tǒng)，工程實施困難且對客戶影響大，而在網(wǎng)絡(luò)上導致鏈路不平衡引發(fā)性能問題。

當前國內(nèi)存量室分網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有很高比例依舊是DAS，若演進5G NR室分網(wǎng)絡(luò)面臨著非常嚴峻的挑戰(zhàn)。

4? ?5G NR室分網(wǎng)絡(luò)建設(shè)思路

4.1? 多樣化方案應(yīng)對差異化需求，多種建設(shè)方案并存

建設(shè)室分網(wǎng)絡(luò)主要解決的問題，是為室內(nèi)環(huán)境中的用戶保障其良好的無線接入環(huán)境及信號質(zhì)量。在此基礎(chǔ)上通常按照容量型場景和覆蓋型場景建設(shè)進行劃分，促使利用多樣化方案應(yīng)對差異化需求，多種建設(shè)方案并存。

5G室分的場景需求分析如下。

熱點容量場景（高 價值場景）：如賓館酒店、大型商場、高校校園、大中型醫(yī)院、大中型寫字樓和交通樞紐等，建議優(yōu)先采用有源數(shù)字化室分系統(tǒng)建設(shè)，根據(jù)業(yè)務(wù)容量需求采用雙流或者四流建設(shè)。這里需要提到，建議對于高峰期人流量較大的場景（如機場候機廳、高鐵車站、地鐵站臺站廳等），需要結(jié)合容量進行規(guī)劃遠端單元的布放顆粒度，在現(xiàn)場測試的信號邊緣場強值基礎(chǔ)上，合理減小遠端單元的布放間距，使其保障人流量高峰期大容量的需求。

一般覆蓋場景（中低價值場景）：如商務(wù)寫字樓、大型場館、隧道、酒店、政府機關(guān)等，考慮投資效益、網(wǎng)絡(luò)投訴、競爭優(yōu)勢，建議仍采用傳統(tǒng)室分建設(shè)，如居民區(qū)采用樓間對打覆蓋。

4.2? 有源數(shù)字化室分系統(tǒng)的優(yōu)勢

完成5G室分系統(tǒng)多路收發(fā)的MIMO需求，可以靈活采用有源數(shù)字化產(chǎn)品建設(shè)。其優(yōu)點為網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡單，無需鏈路預(yù)算，相對于無源DAS系統(tǒng)，解決了上行底噪抬升的問題，方便調(diào)整室內(nèi)覆蓋的小區(qū)合并或分裂，容易控制容量，保障移動用戶室內(nèi)外體驗一致性，方便實現(xiàn)室內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)，與宏網(wǎng)共網(wǎng)管運維可視化，支持多流傳輸?shù)取?/p>

數(shù)字化室分系統(tǒng)如圖2所示，基于微站可以構(gòu)建室內(nèi)覆蓋網(wǎng)絡(luò)的三級架構(gòu)，即基帶處理單元、HUB數(shù)據(jù)匯聚單元、遠端單元pRRU，皆為有源產(chǎn)品利用光電復合纜線或超六類網(wǎng)線進行傳輸，可以通過在BBU中增加5G基帶板，在遠端單元pRRU中增加5G射頻模塊或級聯(lián)5G pRRU，抑或直接替換C-Band和Sub3G集成的頭端方式，從而實現(xiàn)平滑升級到5G，保障工程實施落地。

4.3? 5G NR室分覆蓋多家共享方式

（1）已建設(shè)覆蓋場景

1）三家已覆蓋網(wǎng)絡(luò)部署方案

針對已建成的室分網(wǎng)絡(luò)中疊加進新的一套5G共享數(shù)字化室分系統(tǒng)，同時滿足三家電信企業(yè)對5G的覆蓋需求且靈活部署;而對于支持2.6 GHz的移動原有室分，可根據(jù)現(xiàn)場情況分層分區(qū)直接更換POI或合路器，實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的高效部署且成本節(jié)約。

2）有源室分共享建設(shè)方案

已建成的有源室分網(wǎng)絡(luò)中，另有兩家電信企業(yè)未實現(xiàn)4G覆蓋的，根據(jù)其覆蓋需求可采用4G和5G雙模設(shè)備共享疊加原室分系統(tǒng)。

3）無源室分低成本方案

根據(jù)以往時間中集采情況，2015年以前建設(shè)使用的無源器件使用頻率在800 MHz—2 500 MHz，所以不建議對2015年以前建成的原有無源室分進行改造。2015年以后建成的移動獨立無源室分，通過更換2.6 GHz合路器的方式接入現(xiàn)有系統(tǒng)實現(xiàn)5G覆蓋。另外需提出在上聯(lián)BBU配置上，有源室分無法與無源室分共基帶板。

2015年以后已經(jīng)建成的三家共享室分系統(tǒng)，需原方案評估及測試仿真，對已覆蓋系統(tǒng)間的干擾影響判斷后再考慮更換POI接入原有室分。

（2）新建設(shè)覆蓋場景

綜合考慮室分場景、建設(shè)需求，采用新建室分系統(tǒng)共享方案或無源共享方案。

1）新建室分系統(tǒng)共享方案

根據(jù)差異化需求，建議新建一套4G和5G共享的有源數(shù)字化室分，滿足電信企業(yè)同步覆蓋的需要。對電信企業(yè)仍有2G和3G覆蓋需求的場景特點，在合理選擇頻率的基礎(chǔ)上，可采用新建無源室分系統(tǒng)，同時疊加進一套5G共享數(shù)字化室分系統(tǒng)的建設(shè)方式。

2）無源室分共享方案

在三家電信企業(yè)新建2G/3G/4G分布系統(tǒng)基礎(chǔ)上分別接入3.5 G（中國電信、中國聯(lián)通）、2.6 G（中國移動）NR信源，采用POI產(chǎn)品直接接入或者POI產(chǎn)品，結(jié)合廣角漏纜部署的方式實現(xiàn)5G室分共建共享，重點關(guān)注分布系統(tǒng)整體互調(diào)指標，此外無源器件均支持800 MHz—3 600 MHz，可實現(xiàn)存量無源室分系統(tǒng)直接平滑升級5G。

這里具體提到一下POI產(chǎn)品結(jié)合廣角漏纜部署的方式：廣角漏纜與傳統(tǒng)分布結(jié)合，沿走廊位置布放雙路廣角漏纜+末端天線補充覆蓋。

適用場景：空間較空曠，沒有建筑物遮擋;漏纜掛高大于2.5 m;如：地下停車場、商務(wù)樓宇辦公區(qū)、地鐵等。

不建議場景：隔斷多，單邊隔斷超過2層;隔斷材質(zhì)穿透損耗大于20 dB;漏纜掛高要求低于2.5 m，距漏纜單邊距離大于10 m。

漏纜水平方向測算公式：漏纜水平長度=（RRU輸出功率-漏纜耦合損耗-邊緣場強）/漏纜百米損耗×100。

5? ?結(jié)束語

綜上所述，本文針對三家電信運營商已經(jīng)獲取的5G頻段的劃分進行了介紹，同時對高頻用于5G NR室內(nèi)覆蓋時的傳播和穿透損耗進行了分析和比較，在對傳統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)提出了現(xiàn)狀的主要問題，對于室內(nèi)的5G移動網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，其商用頻段更高，難以通過室外宏站進行室內(nèi)深度覆蓋，則需要在室內(nèi)環(huán)境建設(shè)5G室分移動網(wǎng)絡(luò)，方能在室內(nèi)場景提供可靠及優(yōu)質(zhì)的5G應(yīng)用業(yè)務(wù)。隨著技術(shù)演進和垂直應(yīng)用的發(fā)展，5G占比將不斷提高，在場景投資價值差異顯性，在多樣化的業(yè)務(wù)背景下室內(nèi)用戶的不同需求量，5G室分建設(shè)需面向不同價值場景提供差異化方案以及建設(shè)方式，充分挖掘有限資源確保二次改造工程量最低，保障工程可實施落地。通過應(yīng)用數(shù)字化室分易于向5G平滑演進，利用有源數(shù)字化室分合理搭配無源室分進行共享建設(shè)投資收益更優(yōu)，在建設(shè)和維護方面會更加節(jié)省電信企業(yè)的5G成本。與此同時，希望能夠借助以上分析和研究，在行業(yè)各界引起對5G室分系統(tǒng)建設(shè)中無源室分產(chǎn)品擴展支持到3.6 GHz頻段高性能器件的完善以及數(shù)字化室分雙模產(chǎn)品的研發(fā)推出。

參考文獻：

[1]? ? 黃海暉，劉大洋. 5G時代室內(nèi)覆蓋解決方案綜述[J]. 移動通信， 2019，43（6）： 42-46.