5G網(wǎng)絡(luò)中有源室分系統(tǒng)擴(kuò)容建設(shè)方案

王迎輝，劉 波

（吉林吉大通信設(shè)計(jì)院股份有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130012）

0 引 言

隨著4G用戶數(shù)量的急劇增長(zhǎng)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷創(chuàng)新以及流量資費(fèi)的持續(xù)降低，近年來(lái)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)流量持續(xù)增長(zhǎng)，越來(lái)越多的流量使用出現(xiàn)在室內(nèi)，這就要求運(yùn)營(yíng)商加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)覆蓋。傳統(tǒng)的室分系統(tǒng)由于部署困難和器件鏈路復(fù)雜等原因，實(shí)際施工操作難度大。有源室分系統(tǒng)具有網(wǎng)線部署簡(jiǎn)單、施工難度小以及端到端可控等優(yōu)勢(shì)，成為運(yùn)營(yíng)商解決擴(kuò)容等問(wèn)題的首選方案[1]。

1 室分系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

目前，傳統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)依舊是三大運(yùn)營(yíng)商解決室內(nèi)覆蓋問(wèn)題的主要方式。以無(wú)源器件為主，產(chǎn)業(yè)鏈比較成熟，不易發(fā)生故障，系統(tǒng)穩(wěn)定且效果顯著，還可以實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)擴(kuò)容等。但是，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展及運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)的變化，傳統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)面臨的困境越來(lái)越明顯。

1.1 工程建設(shè)復(fù)雜，升級(jí)改造難度大

傳統(tǒng)室分系統(tǒng)的建設(shè)對(duì)無(wú)源器件的需求量大，工程建設(shè)環(huán)節(jié)復(fù)雜，雖然故障率低，但存在很多其他隱患。對(duì)LTE室分進(jìn)行雙路建設(shè)改造時(shí)，有的區(qū)域可改造的空間很小，且一些器件已經(jīng)老化，在具體改造時(shí)需要采用不同工藝來(lái)解決，很難保證LTE雙路建造的平衡，基本無(wú)法支撐大規(guī)模MIMO[2]。

1.2 故障排查難度大

傳統(tǒng)室分系統(tǒng)由于器件數(shù)量多，無(wú)法做到監(jiān)控到位，很難及時(shí)維護(hù)和檢修，多數(shù)故障情況通過(guò)用戶投訴才發(fā)現(xiàn)。大型室分系統(tǒng)的巡檢難以有效展開(kāi)，不僅每個(gè)端口很難排查，而且有的室分系統(tǒng)做了隱蔽處理，更難發(fā)現(xiàn)問(wèn)題[3]。此外，天線布局過(guò)多，很難一一排查故障點(diǎn)，加上樓宇改造導(dǎo)致圖紙不能及時(shí)更新，要全面檢修故障點(diǎn)難上加難，成本也隨之增加。

1.3 當(dāng)前無(wú)源器件不支持高頻段

傳統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)中，無(wú)源器件支持的最高頻段一般為2.7 GHz左右，頻段在3.5 GHz及以上將面臨無(wú)法使用的情況。電纜的傳輸損耗隨頻段的升高而增加，3.5 GHz以上頻段所造成的損耗對(duì)于工程而言是難以承受的[4]。

2 有源室分系統(tǒng)介紹

有源室分系統(tǒng)由基帶控制單元、通用無(wú)線電接口匯聚單元以及微型射頻拉遠(yuǎn)單元3部分構(gòu)成?；鶐Э刂茊卧闹饕饔檬羌泄芾碚麄€(gè)基站，處理上、下行數(shù)據(jù)，提供通信端口；通用無(wú)線電接口匯聚單元主要是接收來(lái)自基帶單元的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)處理后傳送給微型射頻拉遠(yuǎn)單元，然后在微型射頻拉遠(yuǎn)單元處理數(shù)據(jù)后發(fā)送給基帶控制單元[5]；微型射頻拉遠(yuǎn)單元主要是接收基帶信號(hào)進(jìn)而轉(zhuǎn)換信號(hào)，通過(guò)零中頻技術(shù)將處理后的信號(hào)經(jīng)過(guò)天線發(fā)射。

有源室分系統(tǒng)中，BBU與RHUB通過(guò)光纖實(shí)現(xiàn)連接，RHUB通過(guò)網(wǎng)線連接PRRU。將來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)的分布需要的是六類(lèi)線或超六類(lèi)線，且每臺(tái)RHUB最多可以連接8個(gè)PRRU[6]。

3 有源室分系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

有源室分系統(tǒng)在高密度場(chǎng)景中的優(yōu)勢(shì)更明顯。目前，在三大運(yùn)營(yíng)商手機(jī)不限流量的帶動(dòng)下，高人流量和高密度地區(qū)需要重新建室分系統(tǒng)，原有的室分系統(tǒng)要進(jìn)行擴(kuò)容建設(shè)。相比這種傳統(tǒng)室分系統(tǒng)，有源室分系統(tǒng)能夠輕松解決困擾。

3.1 簡(jiǎn)化室分網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

有源室分系統(tǒng)主要由BBU、RHUB以及PRRU組成。傳統(tǒng)室分系統(tǒng)由信源、天線、電橋以及合路器等單元組成，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且器件繁多。從實(shí)施性成本方面來(lái)說(shuō)，有源室分系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)線路部署簡(jiǎn)單，施工方便，價(jià)格便宜；傳統(tǒng)的室分系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)部署繁雜，改造起來(lái)難度大，成本更高[7]。

3.2 支持小區(qū)合并、分裂，擴(kuò)容靈活

有源室分系統(tǒng)可以滿足樓宇的各種容量需求，只需要在后臺(tái)控制PRRU就可以實(shí)現(xiàn)小區(qū)的合并和裂分。有源室分系統(tǒng)的這種靈活性可以應(yīng)用于高密度和高人流區(qū)域，滿足對(duì)容量的多種需求[8]。傳統(tǒng)室分系統(tǒng)不具備這種靈活性，如果要減少或增加小區(qū)，就需要安裝或拆除分布系統(tǒng)和信源。這個(gè)過(guò)程周期較長(zhǎng)，施工難度也較大。

3.3 端到端所有器件可監(jiān)控

在監(jiān)控器件方面，有源室分系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)可視化管理，方便維護(hù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低成本。它可直觀監(jiān)控全網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況，準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)各區(qū)域的模塊分布，協(xié)助網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃順利開(kāi)展。傳統(tǒng)室分系統(tǒng)的各個(gè)器件都無(wú)法在后臺(tái)監(jiān)控，對(duì)障礙的排查和改造等造成了困難。如果高密樓宇中的室分系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，需要去現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試才能排查障礙[9]。

3.4 支持長(zhǎng)期演進(jìn)

5G網(wǎng)絡(luò)是第5代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，是4G網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)。傳統(tǒng)室分系統(tǒng)頻段范圍在800～2 500 MHz，不屬于5G的頻段范圍，無(wú)法支持5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)規(guī)劃。有源室分系統(tǒng)通過(guò)增加板件和模塊的方式支持5G網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于高密樓宇的網(wǎng)絡(luò)布局，只需在放六類(lèi)網(wǎng)線或超六類(lèi)網(wǎng)線時(shí)多放一根即可，以方便使用5G-PRRU[10]。有源室分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 有源室分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4 提升容量的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 增加工作頻段和提升信噪比

以香農(nóng)定理為依據(jù)，由工作頻段和信噪比決定容量。對(duì)于增加工作頻段，中國(guó)電信采用宏基站和微基站協(xié)同的方式解決擴(kuò)容難題。宏基站可以提供比較廣的覆蓋面，微基站保證區(qū)域百分百覆蓋。遇到頻率不夠的情況，可能會(huì)對(duì)宏基站和微基站的同頻造成干擾，出現(xiàn)跨區(qū)域覆蓋等狀況。此時(shí)可采取異頻組網(wǎng)，調(diào)整下傾角、方位角以及相關(guān)參數(shù)等優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)[11]。

4.2 多數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的MIMO技術(shù)

MIMO技術(shù)通過(guò)多天線實(shí)現(xiàn)多數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，實(shí)現(xiàn)充分覆蓋。MIMO技術(shù)可以在不改變頻譜資源和天線功率的前提下，優(yōu)化完善通信質(zhì)量，提升室分系統(tǒng)的信道容量。如今，4T和4R技術(shù)已經(jīng)全面啟用，通過(guò)4×4的MIMO技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)4個(gè)發(fā)射天線和4個(gè)接收天線。從理論上來(lái)說(shuō)，智能手機(jī)也可以實(shí)現(xiàn)4個(gè)接收天線，從而成倍提升網(wǎng)絡(luò)傳輸速率。

5 有源室分系統(tǒng)擴(kuò)容建設(shè)方案

有源室分系統(tǒng)可以大大提高運(yùn)營(yíng)商的數(shù)據(jù)能力，對(duì)室內(nèi)空間進(jìn)行精準(zhǔn)定位。結(jié)合精準(zhǔn)定位能力，可以開(kāi)拓和優(yōu)化智能停車(chē)等業(yè)務(wù)。室內(nèi)分布和室外覆蓋不同，室內(nèi)的場(chǎng)景比較復(fù)雜，不同場(chǎng)景有不同的訴求。目前來(lái)看，室內(nèi)覆蓋場(chǎng)景大致可以歸類(lèi)為3種場(chǎng)景類(lèi)型。

5.1 高校、體育場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)等交通樞紐場(chǎng)景

高校、體育場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)等交通樞紐場(chǎng)景，對(duì)流量和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的要求較高。這些場(chǎng)景是運(yùn)營(yíng)商重點(diǎn)建設(shè)的目標(biāo)，主要采用新型室分。

5.1.1 高校體育場(chǎng)等室外場(chǎng)景

高校體育場(chǎng)等室外場(chǎng)景主要通過(guò)校園內(nèi)的3個(gè)室外宏基站實(shí)現(xiàn)覆蓋，采用大量1.8 GHz和2.1 GHz微基站來(lái)對(duì)室內(nèi)進(jìn)行分流。1.8 GHz微基站的頻段和室外宏基站頻段一致時(shí)，容易造成嚴(yán)重的同頻干擾，所以需要關(guān)閉學(xué)校室外1.8 GHz的宏基站，改用800 MHz宏基站來(lái)對(duì)區(qū)域進(jìn)行覆蓋，這樣宏基站和微基站形成異頻，以減少同頻造成的干擾。此外，需要優(yōu)化高校周邊的宏基站，整體優(yōu)化PCI、方位角以及下傾角等相關(guān)參數(shù)。優(yōu)化后，體育場(chǎng)等道路的RSRP和SINR值會(huì)有明顯提升，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率也會(huì)明顯提升[12]。

5.1.2 機(jī)場(chǎng)等交通樞紐場(chǎng)景

這類(lèi)場(chǎng)景一般比較空曠，建筑以鋼結(jié)構(gòu)為主，對(duì)應(yīng)的施工要求也較高，且人群流動(dòng)性強(qiáng)，高端用戶比重較大，在節(jié)假日易發(fā)生超大容量需求的問(wèn)題。這類(lèi)場(chǎng)景的建設(shè)方案要基于不同業(yè)務(wù)區(qū)的功能設(shè)計(jì)，對(duì)容量擴(kuò)充和小區(qū)覆蓋等可通過(guò)鏈路預(yù)算和仿真來(lái)實(shí)現(xiàn)。建設(shè)過(guò)程中，根據(jù)場(chǎng)景業(yè)務(wù)流動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，采取合理的施工方案，同時(shí)預(yù)測(cè)未來(lái)的容量增長(zhǎng)情況，考慮小區(qū)分裂后的邊緣區(qū)域，以減少干擾情況。

5.2 寫(xiě)字樓、大型場(chǎng)館、酒店類(lèi)場(chǎng)景

寫(xiě)字樓、大型場(chǎng)館以及酒店類(lèi)場(chǎng)景占比是最大的。這類(lèi)場(chǎng)景是高價(jià)值用戶聚集最多的場(chǎng)景，對(duì)這些區(qū)域采用新型數(shù)字化室分是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

5.2.1 大型場(chǎng)館

這類(lèi)場(chǎng)景面積廣，功能區(qū)劃分較多，因此業(yè)務(wù)類(lèi)型繁多，對(duì)容量需求大，易出現(xiàn)突發(fā)性超大容量，且話務(wù)高峰也隨著時(shí)間和功能區(qū)的變化而變化。這種場(chǎng)景的擴(kuò)容建設(shè)方案要根據(jù)人流情況對(duì)小區(qū)進(jìn)行規(guī)劃和切換，盡可能防止切換落到別的區(qū)域業(yè)務(wù)區(qū)。根據(jù)不同區(qū)域的建筑結(jié)構(gòu)制定傳播模式，充分利用設(shè)備功率降低成本。此外，要盡可能降低小區(qū)邊緣的干擾情況，并嚴(yán)格控制場(chǎng)景內(nèi)的信號(hào)，以免對(duì)室外造成干擾。

5.2.2 商場(chǎng)、酒店等場(chǎng)景

這類(lèi)場(chǎng)景包括休閑區(qū)、餐飲區(qū)、停車(chē)場(chǎng)以及電梯等眾多區(qū)域，話務(wù)高峰隨功能區(qū)人流量變化。這類(lèi)場(chǎng)景普遍話務(wù)密度較高，用戶體驗(yàn)要求高，所以這類(lèi)場(chǎng)景的擴(kuò)容建設(shè)要根據(jù)人流情況確定，規(guī)劃小區(qū)，控制切換。小區(qū)邊緣也要納入擴(kuò)容范圍，可通過(guò)平層垂直分區(qū)方式確保邊緣區(qū)域的擴(kuò)容建設(shè)，防止信號(hào)對(duì)外泄露，避免對(duì)室外造成干擾[13]。

5.3 居民區(qū)

居民區(qū)的人們?cè)诩掖蠖嗍褂肳iFi。這種場(chǎng)景對(duì)運(yùn)營(yíng)商而言收益有限，因此對(duì)這種場(chǎng)景實(shí)施室外加室內(nèi)的覆蓋方式。隨著未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋、網(wǎng)絡(luò)速率的大幅度提升以及不限量套餐的普及，居民區(qū)可能會(huì)更多地使用數(shù)據(jù)流量，從而改變目前的網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況。

此外，地鐵隧道等場(chǎng)景也有擴(kuò)容需求。對(duì)于這些場(chǎng)景，運(yùn)營(yíng)商普遍使用有源和無(wú)源結(jié)合的方式確保網(wǎng)絡(luò)的覆蓋。

6 結(jié) 論

傳統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)的器件和饋線均不支持高頻段，無(wú)法監(jiān)控器件且無(wú)法有效擴(kuò)容，給施工改造帶來(lái)了難度。有源室分系統(tǒng)支持高頻段，網(wǎng)線部署簡(jiǎn)單，且可視化監(jiān)控，更適合目前用戶的需求。在擴(kuò)容建設(shè)方面不僅滿足各種場(chǎng)景的功能區(qū)覆蓋和小區(qū)邊緣的擴(kuò)容，還最大限度降低了室外干擾。目前，有源室分系統(tǒng)是5G室內(nèi)分布系統(tǒng)的最佳選擇。