廣電5G室內(nèi)覆蓋分析與研究

郭宏剛

（江蘇省廣電有線信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司南京分公司，江蘇 南京 210049）

0 引言

以5G網(wǎng)絡(luò)為代表的新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是國家“十三五”戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重點布局內(nèi)容，其泛在網(wǎng)絡(luò)支撐能力、業(yè)務(wù)應(yīng)用創(chuàng)新能力對大幅增強(qiáng)廣電網(wǎng)絡(luò)文化信息服務(wù)的廣度與深度均具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。廣電基于700 MHz頻段優(yōu)勢資源，通過共建共享協(xié)議進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，在運營模式上是一次重大的創(chuàng)新。廣電5G不需要重走傳統(tǒng)運營商“重資產(chǎn)、長周期”的老路，而是選擇了一條“輕資產(chǎn)、快運營”的創(chuàng)新之路。

廣電網(wǎng)絡(luò)不僅僅擁有黃金頻段的優(yōu)勢，其本身就具備網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣、線路和端口資源豐富的優(yōu)勢。在5G時代背景下，廣電網(wǎng)絡(luò)在發(fā)展中更應(yīng)立足于社會發(fā)展實際、順應(yīng)時代發(fā)展潮流，在推動廣電接入網(wǎng)的5G前傳技術(shù)的前提下，充分提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，實現(xiàn)雙向接入網(wǎng)的室內(nèi)覆蓋目標(biāo)［1］，在滿足5G室內(nèi)覆蓋對大寬帶、低延時、高效率、時間同步要求的基礎(chǔ)上，構(gòu)建出成本低、效率高、覆蓋范圍廣的5G室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，最終實現(xiàn)有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)同步發(fā)展的目標(biāo)。

1 5G室內(nèi)覆蓋網(wǎng)絡(luò)面臨的困境

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模建設(shè)，網(wǎng)絡(luò)運營商主導(dǎo)的5G二期建設(shè)完成后將為全國所有地級以上城市提供5G商用服務(wù)，部分發(fā)達(dá)省份實現(xiàn)縣城熱點區(qū)域的5G覆蓋，預(yù)計到2022年年底，將基本建成一張全國連續(xù)的5G網(wǎng)絡(luò)。5G網(wǎng)絡(luò)的大帶寬、低時延、高可靠的特性，為業(yè)務(wù)提供了必要的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，推動了業(yè)務(wù)的不斷豐富。5G業(yè)務(wù)應(yīng)用場所有80%以上在室內(nèi)，而室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)在帶寬、同步、時延及GPS定位服務(wù)上尚有很大不足。5G網(wǎng)絡(luò)場景應(yīng)用業(yè)務(wù)的不斷豐富發(fā)展對室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的要求越來越高。相比4G時代的70%，5G時代室內(nèi)流量占比高達(dá)80%，包括語音、AR＼VR等應(yīng)用，對網(wǎng)絡(luò)性能提出了更高的要求［2］。而5G的頻段非常高，傳播損耗、穿透損耗都很大，難以從室外傳到室內(nèi)，室內(nèi)覆蓋面臨眾多的挑戰(zhàn)。

1.1 室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋建設(shè)規(guī)模大

目前室分系統(tǒng)建設(shè)不僅僅是大型新建樓宇的5G覆蓋，家庭室內(nèi)覆蓋更是規(guī)模巨大且復(fù)雜性高。

1.2 建設(shè)成本高

對5G室內(nèi)覆蓋的推進(jìn)，不管是改造還是新建，成本都很高，相比于4G室分設(shè)備而言，5G設(shè)備在工作頻段、載波帶寬、通道數(shù)量和發(fā)射功率方面均有大幅提升。特別是在5G室分建網(wǎng)初期，設(shè)備成本將會較大幅度增長。

1.3 建網(wǎng)要求高

在滿足5G室內(nèi)覆蓋對大寬帶、低延時、高效率、時間同步要求的基礎(chǔ)上，室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋建設(shè)對室分設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、組網(wǎng)方式等都提出了全新的要求。

1.4 落地實施難

室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋工程無論是天線安裝、室內(nèi)走線、基站布局都面臨空間不足、協(xié)調(diào)困難等各類問題。

2 5G室內(nèi)覆蓋網(wǎng)絡(luò)需智能化發(fā)展

在5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)即將被廣泛使用的時代，5G室內(nèi)全覆蓋已全面展開，室分網(wǎng)絡(luò)末端節(jié)點不僅需要具備移動通信能力，更需要支撐運營商拓展全新的數(shù)字化業(yè)務(wù)領(lǐng)域，為家庭全5G業(yè)務(wù)應(yīng)用場景提供全面保障。目前，廣電擁有規(guī)模龐大的有線電視室內(nèi)覆蓋網(wǎng)絡(luò)，基于該網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，更易于探索出全新的數(shù)字化業(yè)務(wù)領(lǐng)域。

根據(jù)國際運營商轉(zhuǎn)型的成功經(jīng)驗，全新業(yè)務(wù)領(lǐng)域具備以下4個特點：(1）該領(lǐng)域業(yè)務(wù)已經(jīng)形成了規(guī)模化需求，覆蓋用戶數(shù)眾多，可以發(fā)揮運營商的規(guī)模化優(yōu)勢；(2）該領(lǐng)域業(yè)務(wù)需要一定的資產(chǎn)投入，可以發(fā)揮運營商已有的重資產(chǎn)優(yōu)勢；(3）該領(lǐng)域業(yè)務(wù)需要將線上和線下相結(jié)合，可以發(fā)揮運營商的實體渠道優(yōu)勢；(4）該領(lǐng)域業(yè)務(wù)需要“高信譽度”，可以發(fā)揮運營商的良好社會認(rèn)知度。廣電作為第四大運營商，具備以上特點和優(yōu)勢，在5G室內(nèi)覆蓋網(wǎng)絡(luò)需智能化發(fā)展上更要發(fā)揮優(yōu)勢，在5G市場發(fā)展中勇于創(chuàng)新，大力推動國家5G通信建設(shè)的步伐。

3 家庭應(yīng)用場景發(fā)展需求

3.1 應(yīng)用場景概述

按照5G室內(nèi)應(yīng)用場景容量需求，可以將應(yīng)用場景劃分為覆蓋場景(如辦公場所）、體驗場景(如醫(yī)院/商場/家庭等）和容量場景(如校園/機(jī)場高鐵大廳/會展中心等）等。5G網(wǎng)絡(luò)的高速率、大容量、低時延和廣連接為室內(nèi)業(yè)務(wù)提供必要的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，推動室內(nèi)業(yè)務(wù)的不斷豐富，室內(nèi)技術(shù)應(yīng)用場景亦成為5G網(wǎng)絡(luò)普及的決勝關(guān)鍵。在5G各種應(yīng)用場景中，家庭體驗場景應(yīng)用發(fā)展尤為迅猛，本文將結(jié)合家庭主要應(yīng)用場景的需求對家庭室內(nèi)覆蓋進(jìn)行重點分析。

3.2 家庭主要應(yīng)用場景及業(yè)務(wù)需求

3.2.1 8K/VR/AR

高質(zhì)量VR/AR內(nèi)容處理走向云端，在滿足用戶日益增長的體驗要求的同時降低了設(shè)備價格，8K/VR/AR將成為移動網(wǎng)絡(luò)最有潛力的大流量業(yè)務(wù)。8K/VR/AR是典型的高帶寬、低時延業(yè)務(wù)，通常發(fā)生在室內(nèi)。為了滿足越來越多的應(yīng)用場景體驗，設(shè)備移動性是需要考慮的其中一項重要指標(biāo)，這就需要設(shè)備通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸。另外，VR/AR業(yè)務(wù)強(qiáng)依賴于實時計算機(jī)圖像渲染和建模，需要大量的數(shù)據(jù)傳輸、存儲和計算功能，這些數(shù)據(jù)和計算密集型任務(wù)如果轉(zhuǎn)移到云端，就能利用云端服務(wù)器的數(shù)據(jù)存儲和高速計算能力。

針對8K/VR/AR業(yè)務(wù)對5G網(wǎng)絡(luò)帶寬的實際需要，如表2所示，單4 K 60 fps視頻流需要滿足速率25 Mbps，單8 K 120 fps(也是VR/AR的基本需求）視頻流需要滿足速率100 Mbps。

表1 8K／VR／AR業(yè)務(wù)帶寬需求

3.2.2 新社交

新社交網(wǎng)絡(luò)最明顯的特征是視頻在社交中占據(jù)的比例越來越大，對視頻的清晰程度要求越來越高。移動視頻業(yè)務(wù)不斷發(fā)展，以前用戶直接觀看點播視頻，而現(xiàn)在用戶則從不同渠道觀看各種實時直播內(nèi)容。室內(nèi)賽場、演唱會現(xiàn)場甚至是個人直播場景，視頻直播對網(wǎng)絡(luò)的容量提出了更高的要求。智能手機(jī)內(nèi)置軟件依靠移動直播視頻平臺，可以保證主播和觀眾互動的實時性，使這種新型的“一對多”直播通信比傳統(tǒng)的“一對多”廣播更具互動性和社交性。另外，觀眾之間的互動也為直播視頻業(yè)務(wù)增加了“多對多”的社交維度?；?G網(wǎng)絡(luò)，通過實時高清視頻、AR/VR等方式進(jìn)行虛擬社交或遠(yuǎn)程會議，在疫情防控進(jìn)入常態(tài)化的今天也有利于避免人群聚集，但對網(wǎng)絡(luò)承載能力要求上不僅需要高帶寬，還對低時延與低抖動有一定的要求，可接受的范圍在端到端網(wǎng)絡(luò)時延＜100 ms，抖動＜20 ms。

3.2.3 個人AI

伴隨著智能手機(jī)市場的成熟，可穿戴和智能助理有望引領(lǐng)下一波智能設(shè)備的普及。當(dāng)前由于電池使用時間、網(wǎng)絡(luò)延遲和帶寬限制，個人可穿戴設(shè)備通常采用WiFi或藍(lán)牙進(jìn)行連接，需要經(jīng)常與計算機(jī)和智能手機(jī)配對，無法作為獨立設(shè)備存在。5G將同時為消費者領(lǐng)域和企業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域的可穿戴和智能輔助設(shè)備提供機(jī)會?？纱┐髟O(shè)備將為制造和倉庫工作人員提供“免提”式信息服務(wù)。云端AI使可穿戴設(shè)備具有AI能力，如搜索特定物體或人員。個人AI助理需要邊緣計算支持，同時邊緣采集用戶數(shù)據(jù)交由云端AI訓(xùn)練，根據(jù)訓(xùn)練結(jié)果，云端對邊緣的決策算法進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。個人AI助理在信息交換及算法決策中對網(wǎng)絡(luò)時延方面要求決策響應(yīng)＜10 ms。個人AI信息交換如圖1所示。

圖1 個人AI信息交換

3.2.4 遠(yuǎn)程醫(yī)療護(hù)理

在過去5年中，移動互聯(lián)網(wǎng)在醫(yī)療設(shè)備中的使用頻率正在增加。醫(yī)療行業(yè)開始采用可穿戴或便攜設(shè)備集成遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程手術(shù)和遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控等解決方案。通過5G網(wǎng)絡(luò)連接到AI醫(yī)療輔助系統(tǒng)，醫(yī)療行業(yè)有機(jī)會開展個性化的醫(yī)療咨詢服務(wù)。人工智能醫(yī)療系統(tǒng)可以嵌入醫(yī)院呼叫中心、家庭醫(yī)療咨詢助理設(shè)備、本地醫(yī)生診所，甚至是缺乏現(xiàn)場醫(yī)務(wù)人員的移動診所(見圖2）。遠(yuǎn)程診斷是一類特別的應(yīng)用，尤其依賴5G網(wǎng)絡(luò)的低延遲和高QoS保障特性。

圖2 遠(yuǎn)程醫(yī)療護(hù)理

4 廣電5G室內(nèi)覆蓋技術(shù)方案

4.1 常見的5G室內(nèi)覆蓋方式

隨著5G普及率的不斷提高，用戶對5G室內(nèi)覆蓋的要求也越來越高，但是傳統(tǒng)的室外宏基站已經(jīng)難以滿足5G室內(nèi)覆蓋對帶寬、同步、時延這3方面的要求。廣電700 MHz頻段5G網(wǎng)絡(luò)是一張基礎(chǔ)性的網(wǎng)絡(luò)，基于黃金頻段的優(yōu)勢，深度覆蓋性能好，在700 MHz網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期采用3.3 G有源室分組網(wǎng)建設(shè)測試方案中，小區(qū)無線覆蓋網(wǎng)絡(luò)上下行峰值速率已可達(dá)600 Mbit/s和1.5 Gbit/s。

目前常見的5G室內(nèi)覆蓋方式主要有分布式天線系統(tǒng)、數(shù)字化微基站系統(tǒng)兩種［3］，結(jié)合這兩種方式特點，延展廣電5G室內(nèi)覆蓋的建網(wǎng)優(yōu)勢。

4.1.1 分布式天線系統(tǒng)

分布式天線系統(tǒng)主要是由一個分布于某個建筑物室內(nèi)的合路器、同軸電纜、功分器以及耦合器等構(gòu)成的，是專門服務(wù)于無線室內(nèi)覆蓋的網(wǎng)絡(luò)體系。該種方式綜合運用室內(nèi)有/無源分布系統(tǒng)、室分外引系統(tǒng)及室外宏站等多種技術(shù)手段，全方位立體化解決區(qū)域化場景的室內(nèi)外覆蓋。廣電借助700 MHz頻段覆蓋范圍廣、繞射能力強(qiáng)、傳輸損耗低等優(yōu)勢，通過室外宏站或室分外引系統(tǒng)覆蓋室外區(qū)域及建筑物室內(nèi)靠近窗邊或部分內(nèi)部區(qū)域的大顆粒覆蓋，借助有線電視基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，通過室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋建筑物的弱覆蓋區(qū)或覆蓋盲區(qū)等深度區(qū)域，室內(nèi)外互補(bǔ)實現(xiàn)區(qū)域化場景多區(qū)域的良好覆蓋。

4.1.2 數(shù)字化微基站系統(tǒng)

數(shù)字化微基站系統(tǒng)是一個新型的室內(nèi)分布系統(tǒng)，是由室內(nèi)基帶處理單元、射頻遠(yuǎn)端單元極限設(shè)備以及射頻遠(yuǎn)端單元組成的，在應(yīng)用中存在有源系統(tǒng)的特征，能夠同時接入4G和5G網(wǎng)絡(luò)，因此備受業(yè)界關(guān)注。廣電5G網(wǎng)絡(luò)從零開始建設(shè)，具有700 MHz頻段優(yōu)勢資源，可全面采用虛擬化、云化技術(shù)部署5G網(wǎng)絡(luò)，再結(jié)合微基站高度靈活性、易部署、可管可控的特點，實現(xiàn)低成本5G室內(nèi)覆蓋，更具后發(fā)優(yōu)勢。

4.2 廣電“5G＋室內(nèi)覆蓋”架構(gòu)

“5G＋室內(nèi)覆蓋”以廣電有線電視網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，利用5G網(wǎng)絡(luò)廣覆蓋、低時延的優(yōu)勢，實現(xiàn)基于有線電視網(wǎng)絡(luò)的無線一體化部署，提高系統(tǒng)容量和寬帶接入能力，滿足手機(jī)、機(jī)頂盒、VR等智能終端的業(yè)務(wù)需求。

5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)分布覆蓋建設(shè)將會面臨高頻傳輸穿透損耗、多天線部署、施工布線、網(wǎng)絡(luò)容量可視化管理、室內(nèi)精確定位、室內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)協(xié)同等多方面的挑戰(zhàn)。結(jié)合分配給廣電的700 MHz、4.9 GHz、3.3~3.4 GHz頻段，構(gòu)建廣電5G網(wǎng)絡(luò)“宏基站＋小基站＋室分微站”的組網(wǎng)覆蓋模式。該種模式能快速解決“最后一公里”廣電5G網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，適應(yīng)5G新時代對接入網(wǎng)的新需求，并有效降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運維成本。

4.3 解決方案

5G室內(nèi)采用3 300~3 400 MHz同軸以太小基站，區(qū)級邊緣云下沉到OLT前端。家庭接入支持FTTH和FTTB兩種方式，其中FTTH在家庭入戶ONU側(cè)實現(xiàn)5GoC(5GoverCable，5GoC）局端，將光信號轉(zhuǎn)為千兆同軸電信號，基于同軸進(jìn)行家庭室內(nèi)5G熱點覆蓋，通過5GoC一體化基站進(jìn)行5G接入，實現(xiàn)用戶的全業(yè)務(wù)接入；FTTB在樓頭部署5GoC局端，基于樓宇內(nèi)的同軸進(jìn)行室內(nèi)5G熱點覆蓋。邊緣云實現(xiàn)在用戶接入側(cè)與電信運營商共享有線電纜資源，通過有線電纜延伸5G的深度覆蓋，實現(xiàn)多運營商用戶接入和有效管理。該組網(wǎng)方案可在開展5G新業(yè)務(wù)的同時，兼顧傳統(tǒng)業(yè)務(wù)，進(jìn)一步發(fā)揮廣電網(wǎng)的優(yōu)勢，在實現(xiàn)低延時的同時還大幅提升5G容量層的用戶量，降低5G建設(shè)的成本。

同軸以太小基站具體應(yīng)用到5GoC技術(shù)。具體特性如下：5GoC技術(shù)利用同軸實現(xiàn)5G室內(nèi)覆蓋，具有獨立的射頻和基帶功能的微基站在未來5G室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中將成為重要的設(shè)備形態(tài)。微基站的建設(shè)需要在室內(nèi)建立多個向上連接核心網(wǎng)的信息入口。同軸電纜由于信道容量大、入戶率高、室內(nèi)泛在部署，可以作為5G室內(nèi)滲透和深度覆蓋的重要入戶信息通道。其中，在FTTH環(huán)境下，在家庭入戶ONU側(cè)實現(xiàn)5GoC局端，將光信號轉(zhuǎn)為千兆同軸電信號，基于同軸進(jìn)行家庭室內(nèi)5G熱點覆蓋；在FTTB環(huán)境下，在樓頭部署5GoC局端，基于樓宇內(nèi)的同軸進(jìn)行室內(nèi)5G熱點覆蓋。并通過5GoC一體化基站進(jìn)行5G接入，實現(xiàn) 用戶的全業(yè)務(wù)接入。

圖3 廣電5G室分技術(shù)的總體架構(gòu)

基于HINOC技術(shù)的一體化基站部署方案如圖4所示，HINOC起到回傳承載的作用。HINOC局端設(shè)備HB處于樓頭或樓道，并通過光交換機(jī)直連或PON網(wǎng)絡(luò)上聯(lián)5G傳送網(wǎng)中的接入或匯聚設(shè)備。HINOC終端設(shè)備HM通過樓道內(nèi)的同軸電纜與HB構(gòu)成星型網(wǎng)絡(luò)，并通過以太網(wǎng)接口與一體化小基站相連。

圖4 一體化基站部署

該方案具有以下效益：

(1）不受5G信號頻率高、損耗高等限制，實現(xiàn)5G信號室內(nèi)良好覆蓋；

(2）無需新建基站等基礎(chǔ)設(shè)施，降低資金投入和工程、運營風(fēng)險；

(3）充分利用廣電同軸電纜資源，實現(xiàn)資源增值；

(4）工程實施快，能夠在各地廣電5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中迅速推廣，具有廣泛的應(yīng)用前景。

結(jié)合5G家庭主要應(yīng)用場景，在家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中充分利用廣電5G高帶寬、低時延、大連接特性的家庭網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，帶給用戶全新的體驗。

迅速提升廣電5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力，以廣電網(wǎng)絡(luò)擁有龐大的用戶為基礎(chǔ)，深度挖掘有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入千家萬戶的渠道優(yōu)勢，增強(qiáng)用戶良好的家庭體驗效果，更深入地推進(jìn)廣電在智慧家庭、智慧社區(qū)和智慧城市領(lǐng)域的建設(shè)力度，推動廣電5G產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。

5 結(jié)語

在5G規(guī)模建網(wǎng)的大背景下，5G的室內(nèi)覆蓋和分布系統(tǒng)建設(shè)確實面臨極大的挑戰(zhàn)，有限的傳播距離和穿墻性決定了其需要大規(guī)模部署［4］，而高昂的建設(shè)成本已讓傳統(tǒng)運營商倍感壓力。廣電行業(yè)面對5G新的機(jī)遇，充分發(fā)揮自身的資源優(yōu)勢，借助5G業(yè)務(wù)應(yīng)用的發(fā)展不斷實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，大力開展廣電5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋建設(shè)工作，進(jìn)而推動廣電事業(yè)得以進(jìn)一步發(fā)展。在技術(shù)共融方面，加快與中國移動共建共享協(xié)議推進(jìn)工作，逐步實現(xiàn)統(tǒng)一空口、一體化架構(gòu)設(shè)計，形成通信系統(tǒng)融合其他系統(tǒng)的設(shè)計范式，最大程度兼容復(fù)用現(xiàn)有5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、基于標(biāo)準(zhǔn)化終端、最小化5G端到端的改造及家庭室內(nèi)覆蓋建設(shè)，降低產(chǎn)業(yè)成本。希望運營商之間能夠加大共建共享力度，從各個方面進(jìn)行降本增效，達(dá)到優(yōu)化無線網(wǎng)絡(luò)資源分配的高效組網(wǎng)覆蓋目標(biāo)。