樓宇內(nèi)部5G信號覆蓋方案的分析與探討

摘要：室內(nèi)是人類生活、生產(chǎn)的主要場景，隨著5G商用網(wǎng)絡(luò)成熟，將有更多的5G大流量業(yè)務(wù)在室內(nèi)場景發(fā)生，為現(xiàn)有室分演進(jìn)帶來多方面的挑戰(zhàn)。文章總結(jié)了目前的技術(shù)背景以及演進(jìn)面臨的挑戰(zhàn)，以此展開，對比各類5G室分建設(shè)方案，結(jié)合測試結(jié)果估算及探討5G室分的傳播損耗與最大傳輸距離，提出現(xiàn)有室分的改造建議，并給出5G室分的綜合部署建議。

關(guān)鍵詞：5G;DAS;數(shù)字化室分;室內(nèi)覆蓋

1、引言

第五代移動通信代表未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要方向，人與人之間的寬帶互聯(lián)將逐步擴(kuò)展到萬物互聯(lián)，涌現(xiàn)出如虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、智慧城市、車聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等各方各面如夢如幻的精彩應(yīng)用，將深刻影響未來人類社會的生活方式。而室內(nèi)是人類生活、生產(chǎn)的主要場所，分析與探討室內(nèi)5G業(yè)務(wù)需求、5G室分的建網(wǎng)演進(jìn)方案是重要且十分有意義的工作。

2、技術(shù)背景

5G時代賦予“萬物互聯(lián)”的通信能力，能夠支持多種新生業(yè)務(wù)應(yīng)用。與4G相比，5G主流業(yè)務(wù)將承載在更高的頻段（C-Band、毫米波頻段）上，頻段越高，傳播路損和建筑物穿透損耗越大，室外網(wǎng)絡(luò)覆蓋室內(nèi)將變更加困難，迫使室內(nèi)業(yè)務(wù)需要由獨(dú)立的室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)來承載。

于是，為了滿足最佳用戶體驗(yàn)，并且實(shí)現(xiàn)更高效的運(yùn)維、運(yùn)營的要求，必須建設(shè)一張數(shù)字化、智能化的室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，穩(wěn)定高速、靈活擴(kuò)展、可視可管，以支撐超寬帶、大連接、超低時延、室內(nèi)定位等新型室內(nèi)業(yè)務(wù)。

2.1室內(nèi)分布系統(tǒng)

室內(nèi)分布系統(tǒng)是針對室內(nèi)用戶群、用于改善建筑物內(nèi)移動通信環(huán)境的一種方案。利用室內(nèi)天線分布系統(tǒng)將移動基站的信號均勻分布在室內(nèi)，從而保證室內(nèi)區(qū)域擁有理想的信號覆蓋。室內(nèi)分布系統(tǒng)根據(jù)使用器件類型可分為：無源分布系統(tǒng)、有源分布系統(tǒng)、漏纜分布系統(tǒng)等。

2.2 5G時代的室內(nèi)業(yè)務(wù)

4G時代70%的業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)，但大部分是宏站吸收，高價值客戶80%的時間都位于室內(nèi)環(huán)境。而進(jìn)入5G時代，將有更多5G大流量業(yè)務(wù)在室內(nèi)場景發(fā)生，且室內(nèi)吸收比例將進(jìn)一步增大。

2.3室內(nèi)5G業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的需求

eMBB場景主要應(yīng)用在商場、交通樞紐、住宅樓等，典型室分業(yè)務(wù)為超高清視頻、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，對網(wǎng)絡(luò)速率要求極高，因此對室分覆蓋的邊緣場強(qiáng)和信噪比要求高。

URLLC場景主要應(yīng)用于工業(yè)廠房車間、醫(yī)院等，工業(yè)控制、遠(yuǎn)程醫(yī)療為典型業(yè)務(wù)，對網(wǎng)絡(luò)可靠性要求極高，需保證近乎100%的區(qū)域和100%的時間可以接入網(wǎng)絡(luò)并可靠傳輸，因此對室分覆蓋的區(qū)域覆蓋概率和邊緣覆蓋概率要求高。

mMTC場景主要應(yīng)用在寫字樓、住宅區(qū)等，提供遠(yuǎn)程抄表、智能停車、電梯監(jiān)控等典型業(yè)務(wù)，對室分覆蓋深度要求極高，以滿足處于隱藏位置的物聯(lián)網(wǎng)終端接入。

3、5G室分演進(jìn)面臨的挑戰(zhàn)

3.1傳播損耗與穿透損耗

根據(jù)電磁波傳播規(guī)律，頻率越高，空中傳播損耗、墻體或玻璃的穿透損耗也越大，5G的室內(nèi)覆蓋將變得更加困難。為保證室內(nèi)覆蓋要求，基于實(shí)測結(jié)果，采用2.3GHz可穿透2堵磚墻，而3.5GHz只能穿透1堵磚墻，到了毫米波就只能穿透1堵玻璃墻。

3.2無源器件演進(jìn)困難

現(xiàn)網(wǎng)無源器件、天線不支持5G主流的3.5/4.9GHz頻段，需全部更換或新建，另一方面，現(xiàn)網(wǎng)纜線雖然支持，但由于頻段提升損耗也會成倍增長。

3.3建設(shè)成本

未來5G分布式皮基站設(shè)備在信號帶寬、通道數(shù)、發(fā)射功率等方面與4G有較大差別，信號帶寬、通道數(shù)、工作頻段、發(fā)射功率等增加引起成本增加，特別是3.5GHz設(shè)備成本可能上漲為2.3GHz設(shè)備的2.5倍。

4、5G室分建設(shè)方式

4.1 5G室分覆蓋信號傳播

5G高頻段的傳播損耗及穿透損耗是室分覆蓋方案需要面對的一大困難。各頻段在不同材質(zhì)的穿透損耗差異較大，粗略估算2.6GHz相比2.3GHz穿透普通混凝土墻壁的穿透損耗約增大1dB，而3.5GHz相比2.3GHz穿透普通混凝土墻壁穿透損耗將增大2dB以上。

采用衰減因子傳播模型計算路徑損耗：PathLoss（dB）=PL（d0）+10*n*Log（d/d0）+R，根據(jù)最大允許路徑損耗可以初步核算三類室分覆蓋方案在開闊類場景（寫字樓大堂、大型會展中心等）及封閉類場景（寫字樓標(biāo)準(zhǔn)層等）的覆蓋距離。

4.2現(xiàn)有室分改造方式

4.2.1傳統(tǒng)無源室內(nèi)分布系統(tǒng)

傳統(tǒng)無源室內(nèi)分布系統(tǒng)向5G演進(jìn)建議采用新增數(shù)字化室分的方式。方式一：原有DAS系統(tǒng)不做改造，疊加建設(shè)數(shù)字化室分5G單頻，需增加BBU、RHUB以及5GpRRU等設(shè)備。方式二：采用4G+5G一體化pRRU直接替換原有DAS系統(tǒng)。

4.2.2新型有源室內(nèi)分布系統(tǒng)

現(xiàn)網(wǎng)有源分布式系統(tǒng)向5G演進(jìn)，pRRU可通過同點(diǎn)位疊加5G模塊、新增5G模塊級聯(lián)原有4G模塊、利用5G一體化模塊替換原有模塊，三種方案進(jìn)行演進(jìn)改造;線纜方面，RHUB與pRRU之間可采用Cat6A網(wǎng)線及光電復(fù)合纜方式鏈接。

4.2.3漏纜分布系統(tǒng)

漏纜分布系統(tǒng)是一種線性覆蓋方案，由傳統(tǒng)的信源、合路器、無源器件及泄漏電纜組成。目前支持5G頻段的漏纜傳輸損耗較大，可行的解決方案主要有兩種：

1）新增支持更高頻段、損耗更小的漏泄電纜，限于5G產(chǎn)業(yè)鏈成熟度;

2）在允許進(jìn)行改造場景，新建微站或光纖分布系統(tǒng)進(jìn)行覆蓋。

4.3 5G室分綜合部署建議

綜合考慮成本與場景需求，給出5G室分部署建議。

5總結(jié)與展望

5G網(wǎng)絡(luò)將為物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域提供強(qiáng)力支撐，是社會演進(jìn)、科技生產(chǎn)的戰(zhàn)略性需求。為良好支持室內(nèi)5G業(yè)務(wù)，建議采用數(shù)字化有源室內(nèi)分布系統(tǒng)、4T4R以上的室內(nèi)數(shù)字化分布基站，以端到端數(shù)字化集成部署方式，規(guī)劃建設(shè)一張滿足室內(nèi)5G業(yè)務(wù)需求的網(wǎng)絡(luò)，并基于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營平臺，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)的智能運(yùn)營。

參考文獻(xiàn)

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[2]曹亙，呂婷，李軼群，等.3GPP5G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展[J].移動通信，2018（1）：7-14

作者簡介：黃琰奕，（1991.8 -），男，江西省鷹潭市，漢族，本科，中級工程師，長期從事無線網(wǎng)規(guī)劃、優(yōu)化及其新技術(shù)的研究與實(shí)踐。