5G背景下室內(nèi)信號(hào)覆蓋解決方案的研究

鞏倩倩 段宗維 楊青青 張虎

摘 要：移動(dòng)通信技術(shù)日新月異，從2G到3G，從LTE到5G商用，幾年時(shí)間已經(jīng)有了翻天覆地的變化。5G技術(shù)的商用，對(duì)室內(nèi)深度覆蓋解決能力提出了更高的要求。文章根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)存量室內(nèi)分布系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，充分考慮各運(yùn)營(yíng)商共建共享，結(jié)合當(dāng)前主流新技術(shù)，優(yōu)化建設(shè)方案，按照不同場(chǎng)景，因地制宜制定建設(shè)方案，為運(yùn)營(yíng)商開(kāi)展5G工程建設(shè)提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：5G技術(shù);深度覆蓋;建設(shè)方案;室內(nèi)分布系統(tǒng)

0? ? 引言

隨著當(dāng)下用戶需求的發(fā)展及移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)通信技術(shù)的更新，越來(lái)越多的移動(dòng)業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)。4G時(shí)代室內(nèi)已是業(yè)務(wù)承載區(qū)和投訴重災(zāi)區(qū)，超過(guò)90%的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)，因此建設(shè)一張優(yōu)質(zhì)的室內(nèi)分布網(wǎng)絡(luò)尤為重要。隨著5G牌照的發(fā)放，5G基于的高頻段勢(shì)必造成室內(nèi)信號(hào)盲區(qū)增加，各運(yùn)營(yíng)商解決室內(nèi)深度覆蓋已經(jīng)迫在眉睫。

為實(shí)現(xiàn)4G到5G的平滑升級(jí)，運(yùn)營(yíng)商及鐵塔公司都在積極尋求創(chuàng)新覆蓋方案、建設(shè)新型室內(nèi)分布系統(tǒng)。

1? ? 室內(nèi)分布系統(tǒng)現(xiàn)狀

在2G、3G時(shí)代，移動(dòng)通信技術(shù)處于低頻段發(fā)展，傳統(tǒng)室內(nèi)分布DAS系統(tǒng)（Distribute Antenna System）是解決室內(nèi)覆蓋盲點(diǎn)的有效方案;4G時(shí)代傳統(tǒng)室內(nèi)分布DAS系統(tǒng)仍然可以作為有效的解決手段。4G時(shí)代后期運(yùn)營(yíng)商為了能夠解決故障實(shí)時(shí)監(jiān)控及站點(diǎn)協(xié)調(diào)難的問(wèn)題，光分布室內(nèi)分布系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

1.1? 傳統(tǒng)DAS分布系統(tǒng)

傳統(tǒng)DAS室內(nèi)分布系統(tǒng)方案是4G時(shí)代各運(yùn)營(yíng)商室分建設(shè)中采用的主流建設(shè)方式，主要是由無(wú)源器件、同軸電纜和天線組成。通過(guò)合路器將不同制式的信號(hào)耦合入同一套分布系統(tǒng)中，使用耦合器和功分器鏈接電纜和天線，完成樓宇內(nèi)部信號(hào)覆蓋。

傳統(tǒng)DAS室內(nèi)分布系統(tǒng)雖然能夠滿足4G時(shí)代的覆蓋需求，但是其自身部署困難，需要對(duì)樓內(nèi)打眼穿線，經(jīng)常遭遇業(yè)主阻撓、饋線損耗較大，應(yīng)用于低業(yè)務(wù)密度場(chǎng)景，增加信源設(shè)備用量，均采用無(wú)源器件，無(wú)法監(jiān)控，故障排查困難[3]且后期改造復(fù)雜，信源及分布系統(tǒng)均需要二次施工。如果要實(shí)現(xiàn)MIMO功能，需要建設(shè)雙路室內(nèi)分布系統(tǒng)，投資將會(huì)大幅度增加。

傳統(tǒng)DAS室內(nèi)分布系統(tǒng)對(duì)于故障定位及后續(xù)維護(hù)相對(duì)困難，同時(shí)，對(duì)接頭制作、饋線布放的工藝要求較高，施工過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，美觀性較差。因此各設(shè)備廠商相繼推出光纖分布系統(tǒng)，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)分布系統(tǒng)的不足。

1.2? 光分布室內(nèi)分布系統(tǒng)

光分布室內(nèi)分布系統(tǒng)的主要組成部分有遠(yuǎn)端單元、擴(kuò)展單元、主控單元3個(gè)部分。與傳統(tǒng)室內(nèi)分布相比，采用光電轉(zhuǎn)換技術(shù)是數(shù)字光分布系統(tǒng)一大特點(diǎn)，同時(shí)提升了單個(gè)信源覆蓋面積，普通饋線被光電復(fù)合纜所代替，信源主設(shè)備不需就近安裝在物業(yè)點(diǎn)，設(shè)備可內(nèi)置天線，施工過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單、美化程度高，設(shè)備支持MIMO功能，不僅支持2/4G雙模工作方式，同時(shí)遠(yuǎn)端設(shè)備可通過(guò)獨(dú)立網(wǎng)管進(jìn)行監(jiān)控。

擴(kuò)展單元與主控單元之間通過(guò)光纖的方式連接，遠(yuǎn)端單元與擴(kuò)展單元之間通過(guò)光電復(fù)合纜的方式連接。光纖及光電復(fù)合纜相對(duì)于饋線，節(jié)約資源，降低成本，可與寬帶一同進(jìn)場(chǎng)施工，降低協(xié)調(diào)難度。主要組成單元均為有源設(shè)備，遠(yuǎn)端設(shè)備可通過(guò)獨(dú)立的網(wǎng)管進(jìn)行監(jiān)控，便于后續(xù)維護(hù)與故障排查。

4G時(shí)代以前各制式通信設(shè)備工作于低頻段（2.7 GHz以下），使得現(xiàn)網(wǎng)存量傳統(tǒng)DAS室內(nèi)分布系統(tǒng)的無(wú)源器件及天線不支持5G高頻段（3.5 GHz，4.9 GHz），因此5G時(shí)代合路現(xiàn)網(wǎng)存量傳統(tǒng)DAS室內(nèi)分布系統(tǒng)的方案無(wú)法實(shí)現(xiàn)4G到5G的平滑升級(jí)。

如果新建傳統(tǒng)DAS室內(nèi)分布系統(tǒng)，饋線對(duì)高頻段信號(hào)衰減較大，造成合路點(diǎn)增多，增加信源投資;同時(shí)要達(dá)到5G時(shí)代的速率要求，室內(nèi)分布系統(tǒng)天線側(cè)要滿足4T4R，就意味著要建設(shè)4路分布系統(tǒng)，不僅投資將成倍增加，多信道也會(huì)導(dǎo)致鏈路不平衡，造成性能差問(wèn)題。

同時(shí)，由于光分布室內(nèi)分布系統(tǒng)同樣是由傳統(tǒng)RRU作為信源，也無(wú)法完成4G到5G的直接改造。所以，各設(shè)備廠商及鐵塔公司都在積極探索新的解決方案。

2 5G時(shí)代室內(nèi)分布系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

隨著人們對(duì)室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的需求越來(lái)越多，新業(yè)務(wù)應(yīng)用不斷更新，新技術(shù)部署日新月異，使5G室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)面對(duì)超大容量業(yè)務(wù)需求，網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)需求多樣化，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)復(fù)雜度高等問(wèn)題。針對(duì)以上問(wèn)題，5G室內(nèi)分布系統(tǒng)采用數(shù)字化有源的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，易于網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，便捷實(shí)現(xiàn)MIMO，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容動(dòng)態(tài)化，適配需求智能化。

2.1? 5G室分采用的關(guān)鍵技術(shù)

2.1.1? 超密組網(wǎng)

5G超密集組網(wǎng)是將控制和承載分離，并以簇化集中控制為主要技術(shù)特征的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。采用UDN網(wǎng)絡(luò)部署，增加單位面積內(nèi)站點(diǎn)密度，利用虛擬層技術(shù)，即單層實(shí)體網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建虛擬多層網(wǎng)絡(luò)（虛擬層和實(shí)體層），虛擬層承載控制信令，負(fù)責(zé)移動(dòng)性管理，實(shí)體微基站承載數(shù)據(jù)傳輸。

實(shí)現(xiàn)簇內(nèi)小區(qū)間干擾協(xié)同、無(wú)線資源協(xié)同、移動(dòng)性管理，提升了網(wǎng)絡(luò)容量;激活用戶數(shù)與站點(diǎn)數(shù)比率越來(lái)越大，每個(gè)用戶的服務(wù)節(jié)點(diǎn)數(shù)得到提高，以提升用戶體驗(yàn)。

2.1.2? 虛擬nTnR

基于數(shù)字化技術(shù)的nTnR網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，在不增加硬件成本的條件下，利用多個(gè)4T4R pRRU覆蓋的交疊區(qū)組成一個(gè)8T8R/16T16R的虛擬網(wǎng)絡(luò)，從而為用戶帶來(lái)成倍的高速體驗(yàn)。無(wú)須硬件改動(dòng)，通過(guò)后臺(tái)軟件升級(jí)即可快速實(shí)現(xiàn)8T8R或16T16R，成倍提升用戶高速體驗(yàn);

2.1.3? Massive MIMO及大規(guī)模天線陣列

Massive MIMO技術(shù)能充分利用空間資源，通過(guò)多個(gè)天線實(shí)現(xiàn)多發(fā)多收，在不增加頻譜資源和天線發(fā)射功率的情況下，可以成倍的提高系統(tǒng)信道容量。同時(shí)采用空間自由度，最大限度地提高無(wú)線鏈路傳輸?shù)目煽啃裕瑥亩@得更廣的覆蓋范圍和更好的用戶體驗(yàn)。區(qū)別于4G MIMO的最多8天線，5G MIMO中可實(shí)現(xiàn)16/32/64/128天線，甚至更多，形成大規(guī)模天線陣列，以滿足波束賦形根據(jù)特定場(chǎng)景自適應(yīng)的調(diào)整天線。

5G時(shí)代MIMO技術(shù)，通過(guò)大規(guī)模天線陣列負(fù)責(zé)在發(fā)送端和接收端將越來(lái)越多的天線聚合進(jìn)越來(lái)越密集的數(shù)組，同時(shí)波束賦形負(fù)責(zé)將每個(gè)信號(hào)引導(dǎo)到終端接收器的最佳路徑上，提高信號(hào)強(qiáng)度，避免信號(hào)干擾。同時(shí)大大降低了四根天線同時(shí)經(jīng)歷深度衰落的概率，使組合接收信號(hào)的信噪比波動(dòng)穩(wěn)定，提高了接收信號(hào)的質(zhì)量。能夠有效提升終端接收信號(hào)強(qiáng)度;同頻服務(wù)更多用戶，提高網(wǎng)絡(luò)容量;有效減少小區(qū)間的干擾。利用空間信道衰落的獨(dú)立性，向下4個(gè)空間信道的維度（四個(gè)并行數(shù)據(jù)流在同時(shí)頻率資源上傳輸），上行兩個(gè)空間信道的維度，空間重用增益，峰值率提高100%[2]。

2.2? 5G室內(nèi)覆蓋發(fā)展思路

在5G時(shí)代，主要工作頻段處于3.5GHz、4.9GHz及以上的高頻段網(wǎng)絡(luò)，以至室內(nèi)分布系統(tǒng)天線點(diǎn)位數(shù)量會(huì)有所增加[1]，隨著5G時(shí)代人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)要求越來(lái)越高，手機(jī)終端各種應(yīng)用將爆炸式增多，要求5G室內(nèi)分布系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：（1）5G室內(nèi)分布設(shè)備要體積小、重量輕;（2）5G網(wǎng)絡(luò)具有高容量，低時(shí)延，提升用戶體驗(yàn);（3）施工簡(jiǎn)便，改造升級(jí)無(wú)須二次進(jìn)場(chǎng);（4）實(shí)現(xiàn)4G、5G共摸平滑演進(jìn);（5）可視化運(yùn)維，系統(tǒng)維護(hù)及故障排查簡(jiǎn)單。

35G時(shí)代新型數(shù)字室分的運(yùn)用

5G時(shí)代，隨著傳統(tǒng)DAS室內(nèi)分布系統(tǒng)暴露出不可協(xié)調(diào)的弊端，針對(duì)業(yè)務(wù)密集型重點(diǎn)場(chǎng)景（例如交通樞紐、大型場(chǎng)館等）各設(shè)備廠家推出新型數(shù)字室分系統(tǒng)，如華為的LampSite、中興的Qcell、愛(ài)立信的RDS等。和傳統(tǒng)DAS相比，新型數(shù)字化室分系統(tǒng)具有部署簡(jiǎn)單、施工協(xié)調(diào)難度小、擴(kuò)容靈活、運(yùn)維可視等優(yōu)點(diǎn)，可以大大提高網(wǎng)絡(luò)容量，提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維效率。

新型數(shù)字室分主要由基帶單元（BBU）、擴(kuò)展單元（p-Bridge）、遠(yuǎn)端單元（pRRU）3級(jí)架構(gòu)組成。遠(yuǎn)端單元將射頻單元和天線功能集成于一身，提高了美化程度，降低了天線尺寸，擴(kuò)展單元與遠(yuǎn)端單元之間采用網(wǎng)線或光電復(fù)合纜連接，降低了協(xié)調(diào)及施工難度。遠(yuǎn)端單元內(nèi)置4T4R天線，可以實(shí)現(xiàn)Massive MIMO功能，提高用戶容量，增加用戶體驗(yàn)。同時(shí)遠(yuǎn)端單元為有源設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)多模開(kāi)通，可實(shí)時(shí)對(duì)遠(yuǎn)端設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，使故障排查更加直觀簡(jiǎn)單。

新型數(shù)字化室分系統(tǒng)部署簡(jiǎn)單、運(yùn)維可視、管理智能、維護(hù)方便，能夠跟隨標(biāo)準(zhǔn)，支持4G、5G各階段的業(yè)務(wù)、容量、用戶體驗(yàn)等需求，可以平滑升級(jí)，最大程度縮減建設(shè)周期，將是5G時(shí)代重點(diǎn)場(chǎng)景室內(nèi)分布系統(tǒng)的主要解決方案?？紤]運(yùn)營(yíng)商投資成本，傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)仍將占有一席之地，鐵塔公司積極探索創(chuàng)新型廣角泄露電纜設(shè)計(jì)方案，解決覆蓋問(wèn)題的特殊場(chǎng)景。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

5G時(shí)代，由于現(xiàn)網(wǎng)存量傳統(tǒng)DAS分布系統(tǒng)的無(wú)源器件和饋線不支持高頻段，不能對(duì)器件進(jìn)行監(jiān)控，改造成本高，不能大規(guī)模擴(kuò)容，因此傳統(tǒng)DAS分布系統(tǒng)在5G時(shí)代只能用于某些低頻段、低容量場(chǎng)景（例如隧道、地下停車(chē)場(chǎng)、電梯等）。而新型數(shù)字化室分系統(tǒng)由于部署簡(jiǎn)單、運(yùn)維可視化、支持大規(guī)模MIMO等優(yōu)點(diǎn)，更適合向5G平滑過(guò)渡，將是5G室內(nèi)分布系統(tǒng)的主角。

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（編輯 何 琳）