5G 室內(nèi)分布系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計

陳璐

（中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司，四川 成都 610031）

移動通信從產(chǎn)生到現(xiàn)在已為人類生活帶來翻天覆地的改變，而5G通信技術(shù)更是打破了空間對人類的限制，將人類帶入信息社會，快速便捷地實現(xiàn)了人與人、人與物、物與物的信息交互。在4G網(wǎng)絡(luò)時代，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)超過70%的流量發(fā)生在室內(nèi)區(qū)域。隨著超高視頻、AR/VR、增強現(xiàn)實等業(yè)務(wù)的進一步發(fā)展，未來5G時代超過90%的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將發(fā)生在室內(nèi)。5G系統(tǒng)與4G系統(tǒng)相比使用了更高的頻段，相對于4G系統(tǒng)其傳播損耗和墻體穿透損耗更高。因此室外5G宏基站信號覆蓋室內(nèi)無法達到良好的覆蓋效果。辦公區(qū)域、高鐵、地鐵、機場、體育場等場景的室內(nèi)覆蓋是運營商樹立良好品牌的最重要場景，也是運營商在5G時代決勝的關(guān)鍵場景。

1 室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋方案

1.1 室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)

室內(nèi)覆蓋具有以下特征：①高容量性。在辦公區(qū)域、機場候機廳、高鐵候車廳等人員密集場所，由于移動終端數(shù)量密度大且數(shù)據(jù)流量需求大，該類場景的網(wǎng)絡(luò)容量需進行單獨設(shè)計。②室內(nèi)區(qū)域弱場。因為建筑結(jié)構(gòu)及自身材料特點使穿透建筑墻體等引起信號電平衰落，從而形成信號弱場區(qū)甚至是盲區(qū)。③信號質(zhì)量較差。高層建筑、高鐵隧道內(nèi)空間信號存在不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)乒乓效應(yīng)和多普勒效應(yīng)，存在話音質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量差的情況。且頻繁的小區(qū)切換容易出現(xiàn)掉話現(xiàn)象。

室內(nèi)分布系統(tǒng)由信號源和分布系統(tǒng)兩部分組成，分布系統(tǒng)是將室外引入的信號合理分配在室內(nèi)覆蓋區(qū)域，一個良好的室內(nèi)分布系統(tǒng)應(yīng)完成本區(qū)域范圍覆蓋，且未對其他區(qū)域造成干擾。從運營商的角度來說室內(nèi)分布系統(tǒng)同時考慮覆蓋指標(biāo)、經(jīng)濟性、運行維護難度等多維度選擇室內(nèi)覆蓋方案。

1.2 室內(nèi)覆蓋分布系統(tǒng)的技術(shù)方案

1.2.1 無源室內(nèi)系統(tǒng)

分布式天線系統(tǒng)（Distributes Antenna System，DAS）是目前常見的一種無源分布系統(tǒng)，其主要由功分器、耦合器和天線、饋線等組成。信號源通過耦合器、功分器進行分路，通過選擇不同的耦合器和功分器將各路末端輸出信號盡可能調(diào)平，從而實現(xiàn)室內(nèi)信號的均勻分布。無源分布系統(tǒng)分布方式如圖1所示。

圖1 無源分布系統(tǒng)分布方式

無源分布方式用基站、微蜂窩或直放站作為室內(nèi)分布的信號源，使用耦合器和功分器等功率分配器件將信號功率進行合理分配，再通過饋線傳輸?shù)绞覂?nèi)各個收發(fā)天線對室內(nèi)區(qū)域進行覆蓋，其中可根據(jù)信號衰減的程度增加干線放大器。這種方式安裝簡單，投資較小。工程實施的關(guān)鍵是選擇放置室內(nèi)覆蓋天線的最佳位置和合理的功率分配。由于使用了無源功率分配器件和饋線傳輸，對信號功率衰減較大，覆蓋范圍不大。若信號的功率太弱，一般可以通過干線放大器來補充，但是干線放大器的加入會帶來噪聲，多級干線放大會形成噪聲的累積，故系統(tǒng)覆蓋范圍受到一定的限制。

1.2.2 有源室內(nèi)系統(tǒng)

有源室內(nèi)系統(tǒng)是將基帶信號通過光纖、五類線傳輸和分布的一種新型室分系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有易部署、配置靈活、維護方便等特點。有源室內(nèi)系統(tǒng)一般也被稱為毫瓦級分布式皮基站，分布式皮基站采用分布式架構(gòu)，一般由基帶單元（BBU）+擴展單元（RHUB）+遠(yuǎn)端單元（PRRU）三部分組成，基帶單元與擴展單元通過光纖連接，擴展單元與遠(yuǎn)端單元通過網(wǎng)線或者光電復(fù)核連接。BBU為基帶處理單元，負(fù)責(zé)整個基站系統(tǒng)的控制管理，通常部署在建筑物通信設(shè)備機房，機房中需布置空調(diào)環(huán)監(jiān)等設(shè)備。RHUB為射頻遠(yuǎn)端CPRI數(shù)據(jù)匯聚單元，實現(xiàn)基帶單元與遠(yuǎn)端單元之間的通信，擴展單元通常分布在樓層的每一層，安裝在設(shè)備間或弱電井中。PRRU為射頻拉遠(yuǎn)單元，實現(xiàn)射頻信號處理功能，根據(jù)現(xiàn)場實際情況安裝在樓層內(nèi)各區(qū)域。

分布式皮基站與傳統(tǒng)室分相比具有部署靈活、用戶感知好、易于維護等優(yōu)點，具體如下：①覆蓋能力強，用戶體驗好。有源分布系統(tǒng)的遠(yuǎn)端單元集成內(nèi)置天線，同時實現(xiàn)多頻多模的部署，單臺設(shè)備支持MIMO，速率提升顯著，用戶體驗好。②容量靈活調(diào)度。根據(jù)有源分布系統(tǒng)的特點，1個小區(qū)可包括單個或者多個遠(yuǎn)端天線單元。實際應(yīng)用時，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，靈活進行小區(qū)規(guī)劃。③結(jié)構(gòu)簡單，施工便捷。光纖/網(wǎng)線傳輸，設(shè)備美化與功分器、耦合器等無源器件相比施工簡單，單設(shè)備PRRU比天線覆蓋半徑大，設(shè)備點位較少。④可視化運維，網(wǎng)絡(luò)可管可控。網(wǎng)絡(luò)運行中會不斷出現(xiàn)各種問題或故障，為保障用戶良好感知和網(wǎng)絡(luò)高效運營，需要對網(wǎng)絡(luò)實行精細(xì)化維護，系統(tǒng)監(jiān)控全覆蓋可以快速準(zhǔn)備定位系統(tǒng)和設(shè)備故障，方便運維。⑤可實現(xiàn)平滑升級。新系統(tǒng)可利舊原系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)可以通過更改設(shè)備平滑升級至5G，施工簡單快捷。

在典型場景的不同區(qū)域設(shè)置不同類型的室內(nèi)分布系統(tǒng)。以某大型機場航站樓的場景細(xì)化為例，具體如表1所示。

表1 某大型機場航站樓的場景細(xì)化情況

2 室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋方案設(shè)計原則

第一，室內(nèi)分布系統(tǒng)工程的建設(shè)應(yīng)從投資成本、投資回報比、現(xiàn)場施工難度、網(wǎng)絡(luò)性能目標(biāo)等多個維度進行考慮，應(yīng)在保證室內(nèi)覆蓋的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的同時，不可對目前室外網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和安全性造成影響。

第二，室內(nèi)分布系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際需求，綜合考慮2G/3G/4G/5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，如可以共享時，應(yīng)優(yōu)先考慮共享方案降低建設(shè)成本，多系統(tǒng)設(shè)置時，應(yīng)考慮系統(tǒng)間的隔離度，避免系統(tǒng)間的干擾。

第三，建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)時應(yīng)系統(tǒng)具有易擴容性，未來擴容時不改變原有系統(tǒng)架構(gòu)的情況下，可以通過更換設(shè)備及小區(qū)分裂合并等方式實現(xiàn)快速擴容。

第四，室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)時電磁輻射必須滿足國家和通信行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，DAS應(yīng)采用“多天線、小功率”的原則，而皮基站設(shè)置PRRU時也應(yīng)考慮設(shè)備數(shù)量和位置。

第五，室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)的設(shè)備、器件、線纜應(yīng)滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范和要求。

3 室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋方案設(shè)計流程

室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計流程如圖2所示。

圖2 室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計流程

收集項目信息。對建筑物周圍的無線通信系統(tǒng)進行梳理和規(guī)劃，對周邊基站的位置、設(shè)計容量、實際使用容量和扇區(qū)朝向的信息進行統(tǒng)計，以便選用合適的覆蓋方案。

確認(rèn)運營商需求。與運營商及相關(guān)客戶積極溝通，獲取建筑物內(nèi)覆蓋需求。

選擇確認(rèn)覆蓋區(qū)域。設(shè)計系統(tǒng)分布系統(tǒng)時先應(yīng)收集室內(nèi)建筑物站點信息，對建筑物內(nèi)各區(qū)域的功能進行分類，根據(jù)現(xiàn)場實際情況將區(qū)域分為高價值、中等價值和低價值區(qū)域，根據(jù)分類選擇覆蓋方案。以機場為列，機場售票區(qū)、候機區(qū)域、安檢區(qū)域、頭等艙候機室等分為高價值區(qū)域；商業(yè)店鋪區(qū)域、各航空公司值機區(qū)域、各銀行自助取款機等分為中等價值區(qū)域；地下室、地下停車場、機場員工休息區(qū)域等則分為低價值區(qū)域。

容量規(guī)劃。影響容量估算的因素較多，包括環(huán)境、多天線技術(shù)、干擾消除、設(shè)備性能等因素較多，需根據(jù)系統(tǒng)仿真軟件和實際統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行測算小區(qū)的吞吐量和小區(qū)邊緣的吞吐量。

設(shè)備、接入方式。5G覆蓋時采用傳統(tǒng)DAS還是皮基站進行覆蓋，確單小區(qū)平均吞吐量需求，確認(rèn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的目標(biāo)速度值，根據(jù)設(shè)計目標(biāo)選定相應(yīng)的設(shè)備及其接入方式。

切換點規(guī)劃。室內(nèi)分布系統(tǒng)小區(qū)的切換主要分為室內(nèi)系統(tǒng)和室外系統(tǒng)的切換，切換點一般設(shè)置在建筑物各入口；室內(nèi)各小區(qū)切換一般設(shè)置在電梯口處。

路損分析。對于室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋的各個區(qū)域，需要利用室內(nèi)信號傳播模型對傳播路徑損耗進行計算分析。

系統(tǒng)方案設(shè)計。根據(jù)前期選定收集的信息確定各區(qū)域的覆蓋方案，選擇適合的接入設(shè)備和接入方式，確定設(shè)備的安裝方式和安裝位置等信息。完成無線通信系統(tǒng)圖、設(shè)備安裝圖、天線位置布置圖等，運營商和業(yè)主審查后，進入工程實施階段。

4 結(jié)束語

隨著技術(shù)的發(fā)展，5G網(wǎng)絡(luò)將支持更多的業(yè)務(wù)和應(yīng)用場景，如高帶寬低時延的eMBB業(yè)務(wù)，超高可靠、超低時延的URLLC等業(yè)務(wù)。未來將是5G的時代，然而考慮到投資、運維和投資回報率等問題，5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)逐步推廣覆蓋，因地制宜選取室內(nèi)覆蓋方案發(fā)展5G室內(nèi)業(yè)務(wù)。