5G時(shí)代室內(nèi)深度覆蓋方案探討

劉歡歡

【摘要】? ? 5G時(shí)代，超70%的應(yīng)用發(fā)生于室內(nèi)，室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)將成為運(yùn)營商5G網(wǎng)絡(luò)競爭的重量級籌碼，室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已成為目前運(yùn)營商重點(diǎn)探討的問題之一。本文介紹了分布式皮基站、擴(kuò)展式皮基站、升級傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)等5G室內(nèi)覆蓋方案，并根據(jù)場景特點(diǎn)給出了方案建議。

【關(guān)鍵詞】? ? 5G室內(nèi)覆蓋? ? 分布式皮基站? ? 擴(kuò)展式皮基站? ? 傳統(tǒng)DAS? ? 移頻MIMO

一、5G時(shí)代室內(nèi)覆蓋難點(diǎn)

1.1 頻段傳播損耗大

3GPP定義了5G從Sub6G、C-band到毫米波的FR1、FR2兩個(gè)5G目標(biāo)頻譜。工信部目前為5G劃定了4個(gè)頻段，如下表所示。

相比4G的頻段（低頻800 MHz、900 MHz，高頻1.8 GHz、2.1 GHz、2.6 GHz），5G的低頻段為3.3～3.6 GHz，高頻為28 GHz。根據(jù)電磁波的傳播特性，電磁波的波長越長繞障礙物的能力越強(qiáng)，波長越短繞障礙物的能力越弱。5G網(wǎng)絡(luò)的電磁波傳播損耗遠(yuǎn)大于4G網(wǎng)絡(luò)，覆蓋能力更弱，5G宏基站信號在穿墻覆蓋室內(nèi)場景的時(shí)候面臨更大的鏈路損耗問題，室內(nèi)深度覆蓋問題將更加棘手。

1.2 傳統(tǒng)室分難以平滑升級

傳統(tǒng)的室內(nèi)覆蓋方案是采用分布式天線系統(tǒng)（DAS），這種解決方案將網(wǎng)絡(luò)信號通過信號電纜引入室內(nèi)，并分配至不同區(qū)域，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的深度覆蓋。

傳統(tǒng)DAS室分升級5G難點(diǎn)分析：

1.絕大多數(shù)存量DAS系統(tǒng)的無源器件支持頻段在800～2600MHz，不支持3GHz以上高頻，無法通過合路信源直接升級;

2.傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)升級5G，需更換大量核心部件（如耦合器和功分器），工程量大，施工難度大，易出錯(cuò)，物業(yè)協(xié)調(diào)困難，而且改造質(zhì)量無法保證，工程難以落地;

3.傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)以單路為主，單路改雙路由于存在線路老化、部署路徑差異，極易造成雙路不平衡，體驗(yàn)下降，而且建網(wǎng)成本高，投資回報(bào)率低;

4.傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)無源器件多，故障不可監(jiān)控，故障排查難度高，處理時(shí)間長，無法保證5G網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

綜上所述，傳統(tǒng)室分系統(tǒng)升級5G將面臨著頻段、工程、維護(hù)等多方面的問題，無法在原來DAS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上平滑快速升級5G網(wǎng)絡(luò)。

二、5G室內(nèi)深度覆蓋方案

2.1 分布式皮基站—5G時(shí)代室內(nèi)覆蓋方案的主流

新型數(shù)字化分布系統(tǒng)也稱為毫瓦級分布式皮基站，一般由基帶單元BBU+擴(kuò)展單元+遠(yuǎn)端單元這三部分組成，基帶單元與擴(kuò)展單元通過光纖連接，擴(kuò)展單元與遠(yuǎn)端單元通過網(wǎng)線或光電混合纜連接，遠(yuǎn)端單元通過POE供電?；鶐卧狟BU部署于建筑物內(nèi)的通信機(jī)房，擴(kuò)展單元安裝于樓宇各層的弱電井、設(shè)備間等，遠(yuǎn)端單元?jiǎng)t分散安裝在樓層各區(qū)域，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)用戶覆蓋。目前以華為的Lampsite、中興的Qcell 和愛立信的RDS為代表的有源分布系統(tǒng)成為5G室內(nèi)覆蓋的主流方案。

1.華為LampSite 系統(tǒng)由基帶單元BBU（BaseBand Unit）、pRRU（Pico Remote Radio Unit）和RHUB（RRU HUB）組成。

2.中興Qcell 系統(tǒng)整體架構(gòu)分為三級，分別是：基帶單元BBU（BaseBand Unit）、遠(yuǎn)端匯聚單元（Pbridge）以及遠(yuǎn)端射頻單元（pRRU，Pico Remote RadioUnit）。

3.愛立信RDS 系統(tǒng)由DU 數(shù)字基帶單元，IRU 室內(nèi)射頻單元以及Dot 無線點(diǎn)系統(tǒng)。

分布式皮基站做為目前5G室內(nèi)覆蓋方案的主流，具備以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：

1.可實(shí)現(xiàn)平滑升級。新型分布系統(tǒng)在4G的基礎(chǔ)上可以通過更換擴(kuò)展單元和遠(yuǎn)端單元，基帶單元BBU擴(kuò)展板卡的方法實(shí)現(xiàn)升級5G，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無需更改，施工快速便捷;

2.容量靈活調(diào)度。根據(jù)有源分布系統(tǒng)的特點(diǎn)，1個(gè)小區(qū)可包括單個(gè)或者多個(gè)遠(yuǎn)端天線單元。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)建筑物的容量需求及廠商設(shè)備支持的小區(qū)分裂和合并能力，靈活進(jìn)行小區(qū)規(guī)劃;

3.覆蓋能力強(qiáng)，用戶體驗(yàn)好。有源分布系統(tǒng)的遠(yuǎn)端單元集成內(nèi)置天線，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多頻多模的部署，支持MIMO，用戶體驗(yàn)好;

4.結(jié)構(gòu)簡單，施工便捷。新型分布系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單，不存在傳統(tǒng)DAS方案中功分器、耦合器等無源器件，而且有源分布系統(tǒng)的遠(yuǎn)端（PRRU或Dot）覆蓋能力比無線分布系統(tǒng)中吸頂天線強(qiáng)，覆蓋半徑更大，點(diǎn)位減少，施工過程更便捷;

5.可視化運(yùn)維，網(wǎng)絡(luò)可管可控。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中會不斷出現(xiàn)各種問題或故障，為保障用戶良好感知和網(wǎng)絡(luò)高效運(yùn)營，需要對網(wǎng)絡(luò)實(shí)行精細(xì)化維護(hù)。新型數(shù)字化分布系統(tǒng)可以監(jiān)控各級設(shè)備的工作狀態(tài)，能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)監(jiān)控、故障識別和快速定位，保障用戶體驗(yàn)，提高網(wǎng)絡(luò)品牌。

2.2 擴(kuò)展型皮基站—低成本新型室分解決方案

擴(kuò)展型皮基站是在一體化皮基站基礎(chǔ)上，通過擴(kuò)展單元增加多個(gè)遠(yuǎn)端單元的低成本新型室分解決方案，其主要由三部分組成：

主機(jī)AU（Access Unit）：實(shí)現(xiàn)基站的各層協(xié)議棧處理以及系統(tǒng)管理功能;

擴(kuò)展單元CP （Centralized Part）：實(shí)現(xiàn)上下行基帶數(shù)據(jù)的分發(fā)匯聚功能，并為遠(yuǎn)端供電;

遠(yuǎn)端單元（Distributed Part）：實(shí)現(xiàn)信號放大和收發(fā);

擴(kuò)展型皮基站提供類型的遠(yuǎn)端單元：4T4R，2T2R，2T2R+室分天線，可根據(jù)不同區(qū)域容量要求部署不同規(guī)格的遠(yuǎn)端單元，實(shí)現(xiàn)容量精準(zhǔn)覆蓋。在室內(nèi)空間隔斷較多的場景，采用擴(kuò)展型皮基站+智慧室分融合組網(wǎng)的方式，整合有源方案和無源方案的各自優(yōu)勢，保證覆蓋效果，進(jìn)一步降低覆蓋成本。

擴(kuò)展型皮基站和分布式皮基站架構(gòu)相似，都是由三級結(jié)構(gòu)組成，單小區(qū)速率和遠(yuǎn)端覆蓋能力相同，但是擴(kuò)展型皮基站的用戶數(shù)相對于分布式皮基站減半。

因此，在中低人流密度場景選擇性使用擴(kuò)展型皮基站或擴(kuò)展型皮基站+室分天線融合組網(wǎng)的方案，是5G時(shí)代一種高性價(jià)比的創(chuàng)新解決方案。

2.3 傳統(tǒng)DAS在5G時(shí)代的應(yīng)用

由于當(dāng)前各運(yùn)營商已建設(shè)的DAS規(guī)模巨大，5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本高，在5G時(shí)代很長的一段時(shí)間內(nèi)，有源分布系統(tǒng)和傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)將會共存。如何挖掘現(xiàn)有DAS系統(tǒng)的潛力，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)效益和成本最優(yōu)，是運(yùn)營商目前探討的問題之一。

2.3.1頻譜重耕DAS將可能直接升級5G網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)前中國移動(dòng)獲得2515～2675M 中共計(jì)160M 頻帶（含5G 和4G 頻段），等聯(lián)通和電信清頻后（聯(lián)通：2555～2575M，電信：2635～2655M），再對現(xiàn)有2/3/4G 系統(tǒng)頻率的頻譜重耕，中國移動(dòng)未來可能在2.6G 頻段上形成100M 頻段的規(guī)模組網(wǎng)能力。中國聯(lián)通和中國電信現(xiàn)有2.1GHz 頻段合計(jì)45M（2110-21），從中國聯(lián)通的業(yè)務(wù)發(fā)展情況來看，中國聯(lián)通需要保留5M 帶寬用于3G，解決用戶語音需求，未來通過頻譜重耕，電聯(lián)共有40M的頻段可用于2.1G NR。

單路DAS方案：現(xiàn)網(wǎng)存量單路DAS系統(tǒng)直接接入RRU單口，改造簡單，僅能解決5G信號有無問題，5G體驗(yàn)和4G體驗(yàn)提升有限;

單改雙錯(cuò)層MIMO方案：現(xiàn)網(wǎng)存量單路DAS系統(tǒng)的上下兩個(gè)樓層分別連接RRU的2個(gè)端口，單個(gè)樓層僅部署一路信號，通過上下樓層泄漏的信號，在兩路信號交疊區(qū)域?qū)崿F(xiàn)用戶雙流（MIMO）體驗(yàn)， 速率提升;

雙路DAS方案：單個(gè)樓層的雙路DAS系統(tǒng)分別接入RRU的2個(gè)端口，單個(gè)樓層部署兩路信號，實(shí)現(xiàn)MIMO覆蓋;

雙改四錯(cuò)層MIMO方案：在雙路DAS方案的基礎(chǔ)上分裂，新增RRU，提升5G容量。

利舊現(xiàn)有DAS系統(tǒng)升級5G RRU，可快速部署室內(nèi)場景的5G網(wǎng)絡(luò)，改造工作量小，工期周期短，但是目前也存在可用帶寬小、需要考慮與存量4G共存、用戶5G體驗(yàn)提升有限等問題。利舊DAS系統(tǒng)升級5G，需根據(jù)站點(diǎn)現(xiàn)有DAS系統(tǒng)的質(zhì)量情況、人流密度、場景價(jià)值等多因素綜合考慮。如單路DAS方案，僅適用于人流較小、價(jià)值低的場景，如電梯地下室，能滿足快速基本網(wǎng)絡(luò)覆蓋需求。雙路DAS MIMO方案，適用于人流中等，價(jià)值一般的場景，如一般寫字樓，如一般寫字樓，能低成本實(shí)現(xiàn)MIMO覆蓋。

2.3.2移頻MIMO分布系統(tǒng)

移頻MIMO分布系統(tǒng)維持原DAS系統(tǒng)的合路器、功分器、耦合器及無源分布線纜不變，在弱電井RRU信源側(cè)增加移頻的近端機(jī)，將3.5GHz RRU MIMO兩個(gè)通道的100MHz信號分別移頻到無源系統(tǒng)支持的兩個(gè)低頻點(diǎn)，在無源分布系統(tǒng)中傳送至遠(yuǎn)端，將遠(yuǎn)端天線更換為可監(jiān)控的移頻遠(yuǎn)端機(jī)。這種方案無需更換分布在樓層天花板內(nèi)的功分耦合器，系統(tǒng)可獲得的整體性能與新建雙通道無源室分相當(dāng)，并實(shí)現(xiàn)無源室分系統(tǒng)的監(jiān)控管理。

2.4 分場景方案建議

三、結(jié)束語

5G室內(nèi)覆蓋應(yīng)與室外覆蓋統(tǒng)籌規(guī)劃，兼顧用戶體驗(yàn)、容量需求、建設(shè)和運(yùn)營成本以及工程實(shí)施難度，因地制宜進(jìn)行方案選擇，滿足5G室內(nèi)業(yè)務(wù)的發(fā)展需求。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]張海.5G室內(nèi)分布覆蓋研究[J].信息通信，2020第10期;

[2]劉威，刁兆坤，范才坤，王振章. 5G室內(nèi)覆蓋低成本解決方案研究與探討，DOI：10.13571/j.cnki.cww.2020.32.022