基于5G的室內(nèi)分布系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計

陳永霖

摘要：文章針對室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計問題進行研究，首先闡述了該系統(tǒng)的設(shè)計特點與規(guī)劃方案，然后圍繞5G技術(shù)支持下系統(tǒng)設(shè)計要點展開了討論，包括無源室內(nèi)系統(tǒng)、有源室內(nèi)系統(tǒng)、無線綜合分布系統(tǒng)等，最后結(jié)合5G應用場景，對室分系統(tǒng)的應用方式與優(yōu)化措施加以闡述。事實證明，與以往室分系統(tǒng)相比，5G數(shù)字室分系統(tǒng)的優(yōu)點主要體現(xiàn)在兩個方面，一是能夠擴大網(wǎng)絡覆蓋范圍，二是有助于網(wǎng)絡質(zhì)量與運維效率提升，對節(jié)約運維成本意義重大。

關(guān)鍵詞：5G技術(shù)；室內(nèi)分布系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計；規(guī)劃方案

中圖分類號：中圖分類號? 文獻標志碼：A文獻標志碼

0 引言

在現(xiàn)代科技飛速發(fā)展的背景下，移動通信的誕生為人們生產(chǎn)生活帶來諸多便利，特別是5G通信技術(shù)的應用，進一步打破空間界限，真正實現(xiàn)了人之間、物之間、人與物間的交互。與4G系統(tǒng)相比，5G系統(tǒng)的頻段相對更高，信號傳播與穿墻中的消耗隨之增加，需要注重信號合理分布與科學規(guī)劃，結(jié)合各類場景的應用需求，對室內(nèi)分布系統(tǒng)的優(yōu)勢進行發(fā)揮，在增加室內(nèi)系統(tǒng)所覆蓋應用場景數(shù)量的前提下，節(jié)約運維成本投入，幫助運營商樹立良好的品牌形象。

1 室內(nèi)分布系統(tǒng)的設(shè)計特點

傳統(tǒng)的室內(nèi)分布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，此種結(jié)構(gòu)在安裝與維護方面難度較大，需要用到許多設(shè)備，不支持實時監(jiān)控，只有通過定期檢查、用戶投訴兩個渠道才能夠發(fā)現(xiàn)問題。人工檢測法僅適用于小型系統(tǒng)，對大型室分系統(tǒng)進行人工檢測，不僅要投入大量時間，檢測準確性也難以得到保證，人資、運維成本自然隨之增加。

新時期，移動網(wǎng)絡進入飛速發(fā)展階段，商業(yè)應用場景更加密集，機場航站樓、交通樞紐、大型車站均開始引入或創(chuàng)建數(shù)字室內(nèi)系統(tǒng)。此類系統(tǒng)具有配置簡單、擴展性強、網(wǎng)絡容量大、操作和維護便利等優(yōu)點。以往DAS系統(tǒng)很難為新頻段提供靈活支持，且擴容能力較弱，若不對其進行調(diào)整，將出現(xiàn)遠端單元功耗增加的問題，供電距離也會受到影響。與之相比，5G室內(nèi)分布系統(tǒng)的優(yōu)勢更為顯著，可使以往問題得到有效改善，該系統(tǒng)的特點如下：（1）新型室內(nèi)分布系統(tǒng)與原本通信系統(tǒng)兼容，可促進網(wǎng)絡系統(tǒng)的全方位部署。（2）網(wǎng)絡布局較為簡單且能夠?qū)υ緩碗s的部署方案、時間表進行簡化。（3）數(shù)字室內(nèi)分布系統(tǒng)擴容更為靈活，可有效促進網(wǎng)絡容量提升，且運維可視化水平較強，可在一定程度上增強運維效率。（4）在網(wǎng)絡高頻段方面，以往DAS系統(tǒng)內(nèi)的無源器件、饋線無法為其提供強大支撐，高頻經(jīng)過饋線傳輸時損耗較高，無法準確監(jiān)控器件運行情況，只能在電梯、隧道、停車場等場景下使用。5G環(huán)境下的室內(nèi)覆蓋采用有源室分建設(shè)方式，構(gòu)建新型數(shù)字室內(nèi)分布系統(tǒng)，具有部署簡單、支持可視化運維等優(yōu)勢，可為大規(guī)模MIMO提供強大技術(shù)支持置［1］。

2 室內(nèi)分布系統(tǒng)的規(guī)劃方案

對該系統(tǒng)進行規(guī)劃設(shè)計前，先要采集真實完整的項目信息，明確運營商的具體需求，確定覆蓋區(qū)域，做好容量規(guī)劃工作，再選擇恰當?shù)脑O(shè)備并接入對應線路，切換點規(guī)劃、分析路損，得出最佳方案，如圖2所示。

2.1 項目信息采集

對建筑四周無線通信系統(tǒng)進行探查，明確周圍基站的名稱、位置、容量信息等，為合理選擇覆蓋方案提供資料支持；與運營商、客戶進行交流，爭取了解更多建筑物內(nèi)部的覆蓋要求。

2.2 明確覆蓋范圍

該階段需要完成兩項工作：一是充分采集站點信息；二是根據(jù)各區(qū)域功能進行劃分，結(jié)合具體情況將其分成高等、中等、低等3個價值區(qū)，并制訂針對性的覆蓋方案。例如：在機場航班樓場景中，可將售票區(qū)、安檢區(qū)、候機區(qū)劃入高價值區(qū)，將商鋪、值機區(qū)、銀行自助取款機劃入中價值區(qū)，將地下室、員工休息室劃入低價值區(qū)。

2.3 容量計算

對容量估算產(chǎn)生影響的因素較多，如環(huán)境、設(shè)備性能、干擾因素等，應利用仿真軟件進行分析，準確計算小區(qū)內(nèi)部與周圍的吞吐量，只有這樣才能使信號分布更加人性化、合理化。

2.4 設(shè)備接入

5G背景下，可利用皮基站進行覆蓋，使單個小區(qū)吞吐量均值需求得到滿足，并計算出數(shù)據(jù)業(yè)務目標值，以該目標為核心，選取與之相對應的設(shè)備與接入方式。在切換點規(guī)劃方面，小區(qū)切換以室內(nèi)和室外為主，點位通常設(shè)置在建筑物入口位置，內(nèi)部切換點位多設(shè)置在電梯口處。室內(nèi)各個分布區(qū)均要創(chuàng)建信號傳播模型，對傳播路損消耗情況進行計算。

2.5 方案制訂

以前期所采集信息為依據(jù)，制訂不同區(qū)域的覆蓋方案，選取最佳接入設(shè)備與方式，繪制安裝圖、通信系統(tǒng)圖、天線位置分布圖等，業(yè)主審核無誤后，便可正式開始工程建設(shè)［2］。

3 5G技術(shù)背景下的室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計

3.1 無源室內(nèi)系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括耦合器、功分器、饋線與天線等部分，信號源可經(jīng)過耦合器、功分器進行分錄，將各路末端? 輸出信號調(diào)整平衡，使室內(nèi)信號分布更加均勻。該系統(tǒng)分布形式如圖3所示。此種分布形式強調(diào)將基站作為室內(nèi)分布的信號來源，利用功分器使信號得到均勻分配，再經(jīng)過饋線傳遞到室內(nèi)不同的收發(fā)天線中，使室內(nèi)各區(qū)域均得到有效覆蓋，出于強化信號傳播效果的考慮，可按照信號衰減程度增加干線放大器，此法具有成本低、安裝便利等優(yōu)勢。

3.2 有源室內(nèi)系統(tǒng)

該系統(tǒng)可依靠光纖對基帶信號進行傳遞，具有配置便利、部署高效、維修便利等優(yōu)勢。皮基站多為分布式架構(gòu)，先依靠光纖將基帶與擴展單元相連接，再利用網(wǎng)線將擴展與遠端相連接。BBU作為基帶單元，主要負責操控全部基站，通常被安裝在通信機房內(nèi)，配有對環(huán)境進行檢測的設(shè)備。PRRU作為射頻單元，具有射頻信號處理的功能。工作人員可結(jié)合現(xiàn)場情況將其設(shè)置在不同樓層區(qū)域內(nèi)。CPRI為數(shù)據(jù)匯集單元，可在遠端與基帶間進行信號傳輸，該單元一般設(shè)置在各個樓層的設(shè)備間、弱電井內(nèi)［3］。不同的室內(nèi)應用場景應安裝與之相匹配的分布系統(tǒng)，以機場航站樓為例，該場景所適用有源分布系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)如表1所示。

3.3 無線綜合分布系統(tǒng)

3.3.1 覆蓋區(qū)設(shè)計

根據(jù)GB 9175—88對微波輻射的相關(guān)要求，天線EIRP應低于20 dBm，在一級安全區(qū)內(nèi)，容許場強低于10 μW/cm3。對多頻混合電磁波而言，復合場強的計算公式如下：

Ec=E21+E22+E23+…+E2n

式中，Ec代表的是復合場強，單位為V/m；E1到En代表的是不同頻率下的場強值，單位為V/m；一般情況下，人與天線下方垂直距離要超過30cm。在R為30cm時，微波輻射的安全區(qū)內(nèi)場強允許值不足10 μW/cm3。

3.3.2 容量測算

該系統(tǒng)內(nèi)各個通信系統(tǒng)設(shè)計不僅要與覆蓋要求相符，還應符合場點容量要求。對不同場點各系統(tǒng)的話務量計算公式如下：

ErlTotal=S×N×Erls

式中，ErlTotal代表的是場點內(nèi)話務總量，N代表的是單位面積下的用戶數(shù)量，S代表的是目標場點覆蓋面積，Erls代表的是忙時各用戶的話務量。在相同系統(tǒng)內(nèi)，由于場點數(shù)量與用戶分布狀態(tài)不盡相同，單位覆蓋面積下用戶數(shù)量通常存在較大偏差，機場、賓館等公共場所忙時話務量受用戶性質(zhì)的影響?？紤]到忙時話務量不同，需要率先對目標點位的話務總量進行確定，才可使信號得到合理配置。

3.3.3 機房選擇與設(shè)備配置

在5G技術(shù)支持下，將信號源設(shè)備設(shè)置在室內(nèi)分布機房內(nèi)，將AP設(shè)備、PHS基站設(shè)置在弱電井道中，全部通信系統(tǒng)共用機房，將其設(shè)置在管線出入便捷的位置，盡量與弱電井相鄰。禁止在機房周圍堆放易燃易爆物質(zhì)，做好防潮工作；機房為非電信專用房，應綜合分析設(shè)備重量、排列形式與尺寸等，準確計算樓面荷載，便于采取有效加固措施。結(jié)合YD5040-97的規(guī)定可知，PHS基站中應設(shè)置獨立的220 V交流供電系統(tǒng)，波動范圍控制在±20%以內(nèi)。在獨立的供電系統(tǒng)內(nèi)，按照遠期負荷進行配置，保證各個有源設(shè)備均有單獨的空氣開關(guān)，設(shè)置供電計量設(shè)備［4］。

4 5G室內(nèi)分布系統(tǒng)在大型館室中的應用

4.1 5G應用場景

現(xiàn)階段，5G應用已滲透到人們工作、生活的方方面面，在城市商業(yè)圈、體育場、交通樞紐、機場與車站等場所中，受人流密度大、高移動性、高連通性等特點影響，5G應用效果往往難以達到預期，對5G室分系統(tǒng)進行布置勢在必行。在上文所提及眾多應用場景中，除高移動性場景之外，剩余場景均為室內(nèi)場景，如何妥善處理室內(nèi)覆蓋與容量問題成為關(guān)鍵所在。在通信技術(shù)飛速發(fā)展的當下，開放式系統(tǒng)直接連接部署難度加大，容量增長受到較大限制，嚴重阻礙了新型技術(shù)的演進與研發(fā)，針對該情況，有關(guān)人員指出簡化和集成遠程射頻單元，降低部署難度，節(jié)約維護成本，采用新型組網(wǎng)方式滿足室內(nèi)覆蓋與容量需求十分必要，同時也是5G技術(shù)普及應用的必經(jīng)之路。

4.2 優(yōu)化措施

為了促進5G室內(nèi)分布系統(tǒng)效能的發(fā)揮，可采取以下措施對其進行優(yōu)化：一方面，強化運維可視化。在5G網(wǎng)絡模式下，組網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯改變，格局變得常態(tài)化，發(fā)射末端射頻單元量明顯增加，應加強運維可視化，對網(wǎng)絡運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控。值得強調(diào)的是，在新型數(shù)字室分創(chuàng)建中，有源器件數(shù)量顯著增加，除特殊情況外，只需通過全面監(jiān)控的方式，便能夠保證潛在故障被及時發(fā)現(xiàn)，在快速確定故障位置的前提下，對其加以解決，為可視化運營維護的推廣與實現(xiàn)助力［5］。另一方面，促進系統(tǒng)升級改造。新型數(shù)字室分系統(tǒng)以光纖、網(wǎng)線信號傳輸為主，涉及的信號量極多，需要科學開展MIMO設(shè)計。其中，2T2R為關(guān)鍵設(shè)備默認支持頻段，研究人員可利用現(xiàn)有軟件，促使2T2R朝著4T4R轉(zhuǎn)變，或是通過引入Massive MIMO技術(shù)的方式，為4×4MIMO提供強大支持［6］。

5 結(jié)語

綜上所述，以往2G、3G和4G網(wǎng)絡單純適用于中低頻操作，外部信號的覆蓋范圍有限。5G時代，隨著數(shù)字室分系統(tǒng)的誕生與應用，火車站、機場、交通樞紐等處的信號覆蓋范圍進一步拓展，網(wǎng)絡質(zhì)量得到顯著提升。從整體來看，在5G技術(shù)支持下，該系統(tǒng)使傳統(tǒng)網(wǎng)絡布局得以改變，可通過無源室內(nèi)系統(tǒng)、有源室內(nèi)系統(tǒng)、無線綜合分布系統(tǒng)的應用，覆蓋更多的場景，為運維管理提供諸多便利，在保證以往存在的網(wǎng)絡問題得到妥善解決的前提下，減少運營商投資金額?？梢灶A見的是，未來，5G室分系統(tǒng)將擁有更廣闊的市場，圍繞該系統(tǒng)的規(guī)劃及設(shè)計展開討論自然很有必要。

參考文獻

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（編輯 王永超）

Planning and design of indoor distribution system based on 5G

Chen? Yonglin

（Hainan Telecom Planning and Designing Institute Co.， Ltd.， Haikou 570203， China）

Abstract：? This paper studies the problem of indoor distribution system design， first expounds the system design characteristics and planning scheme， and then around the 5G technical support system design points are discussed， including passive indoor system， active indoor system， wireless integrated distribution system， finally combined with 5G application scenarios， the application of the room subsystem way and optimization measures. Facts have proved that compared with the previous room subsystem， the advantages of 5G digital room subsystem are mainly reflected in two aspects： one is to expand the coverage of the network， and the other is to help with the improvement of network quality and operation and maintenance efficiency， which is of great significance to save the operation and maintenance costs.

Key words： 5G technology; indoor distribution system; system design; planning scheme