5G室內(nèi)分布系統(tǒng)低成本建設(shè)方案

吳健順

摘要：大部分5G業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)場(chǎng)景，若要保證5G網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定發(fā)展，則需要建設(shè)完善的5G室內(nèi)分布系統(tǒng)。相較于4G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)成本更高，會(huì)受到資源不足等問題的限制，所以需要制定相關(guān)低成本建設(shè)方案來賓現(xiàn)低耗能5G室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)。新建5G網(wǎng)絡(luò)的雙流或四流建設(shè)周期較長(zhǎng)，難以進(jìn)行大規(guī)模建設(shè)。

關(guān)鍵詞：5G；室內(nèi)分布系統(tǒng)；低成本建設(shè)

中圖法分類號(hào)：TN929 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

５Ｇ 室內(nèi)分布系統(tǒng)的成本損耗增加主要體現(xiàn)在頻譜、空間損耗和建筑穿透方面，在相同覆蓋情況下，５Ｇ需要以更多的信源和設(shè)備來作為系統(tǒng)運(yùn)行基礎(chǔ)。另外，現(xiàn)網(wǎng)的無源器件未對(duì)５Ｇ 高頻進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)工作，致使現(xiàn)在的分布系統(tǒng)無法與５Ｇ 系統(tǒng)進(jìn)行良好的兼容，使得５Ｇ 室內(nèi)分布系統(tǒng)改造存在困難。近年來，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)５Ｇ 室內(nèi)分布建設(shè)投資的壓力越來越大，很難保持后續(xù)相關(guān)建設(shè)計(jì)劃的持續(xù)性。本文圍繞５Ｇ 室內(nèi)分布系統(tǒng)，對(duì)其現(xiàn)狀進(jìn)行分析，旨在探究出有效的低成本建設(shè)改造方案。

１ ５Ｇ 室內(nèi)分布方法現(xiàn)狀分析

１．１ 室外覆蓋到室內(nèi)方法

室外覆蓋到室內(nèi)方法具有較高的性價(jià)比，不但耗費(fèi)的建設(shè)成本較低，而且無論在維護(hù)還是升級(jí)方面都較簡(jiǎn)單。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)調(diào)查結(jié)果得知，大部分居民較在意室內(nèi)的節(jié)能保溫功能，會(huì)選擇新型材料作為墻體，忽略了信號(hào)穿透問題。信號(hào)在穿透過程中被攔截或阻礙的部分太多，導(dǎo)致無法達(dá)到完全性覆蓋。５Ｇ 作為高頻率組網(wǎng)進(jìn)行信號(hào)傳播的網(wǎng)絡(luò)，其效果遠(yuǎn)超傳統(tǒng)３Ｇ，４Ｇ 的傳播速度和質(zhì)量，最終取得的效果更好［１］ 。

１．２ 傳統(tǒng)室內(nèi)分布方法

在２１ 世紀(jì)開端，我國(guó)就開始頻繁使用傳統(tǒng)室內(nèi)分布方法，這種分布方法是經(jīng)過多年研究實(shí)驗(yàn)而形成的方法，應(yīng)用范圍十分廣泛，擁有效果好和發(fā)展成熟的優(yōu)勢(shì)。

但是經(jīng)過社會(huì)科技的發(fā)展，大多數(shù)傳統(tǒng)室內(nèi)分布方法已經(jīng)進(jìn)入后生命周期階段，特別是部分運(yùn)營(yíng)商自建的信號(hào)系統(tǒng)。在傳統(tǒng)室內(nèi)分布中，通常對(duì)應(yīng)用器件的要求在８００～２ ７００ ＭＨｚ，而５Ｇ 網(wǎng)絡(luò)因?yàn)樗桀l率更高，使得饋線以及無源器件的運(yùn)行消耗會(huì)出現(xiàn)顯著增加，導(dǎo)致仍舊存留的部分傳統(tǒng)室內(nèi)分布方法無法滿足３．５ ＧＨｚ 及更高頻的改造需求。４×４ ＭＩＭＯ 的應(yīng)用決定著傳統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)的改革創(chuàng)新，如需改變饋線數(shù)量。需要４ 條饋線，會(huì)直接提高器件成本、施工成本和總體后期維護(hù)成本，在系統(tǒng)運(yùn)行后期將無法持續(xù)進(jìn)行高頻演進(jìn)工作，無源系統(tǒng)無法支持毫米波段。

１．３ 數(shù)字化室內(nèi)分布方法

相比以上２ 種方法，數(shù)字化室內(nèi)分布方法具備運(yùn)行維護(hù)過程可視化和業(yè)務(wù)多元化的特點(diǎn)，但是這種分布方法的設(shè)備成本較高。當(dāng)前大型通信企業(yè)在不斷改革創(chuàng)新，推出創(chuàng)新型的室內(nèi)分布產(chǎn)品，是目前解決５Ｇ 入室問題的重要方法之一。另外，需要注意的是，數(shù)字化室內(nèi)分布方法有著特殊的應(yīng)用條件，需要結(jié)合Ｃａｔ６Ａ 才能達(dá)到５Ｇ 室內(nèi)分布建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)。

２ ５Ｇ 室內(nèi)覆蓋痛點(diǎn)分析

２．１ 協(xié)調(diào)存在困難，建站成本過高

在建設(shè)室內(nèi)分布覆蓋系統(tǒng)時(shí)，需要在小區(qū)或建筑內(nèi)建設(shè)天饋系統(tǒng)，施工過程中會(huì)影響周邊人員休息，外漏天線會(huì)影響到周圍建筑群或室內(nèi)吊頂美觀，相關(guān)建設(shè)單位與物業(yè)協(xié)調(diào)的難度較大。５Ｇ 室內(nèi)分布系統(tǒng)的頻段特殊性較明顯，若利用常規(guī)方案來進(jìn)行信號(hào)覆蓋工作，則可能得不到良好的效果，但建站點(diǎn)位密集又會(huì)出現(xiàn)建站成本過高的問題。

２．２ 弱覆蓋區(qū)或盲區(qū)定位難

近年來，隨著無線網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與發(fā)展，我國(guó)室外無線系統(tǒng)化和模塊的建設(shè)方案已趨于成熟。城區(qū)室外無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋建設(shè)工作變得簡(jiǎn)單，而且現(xiàn)有存量鐵塔資源非常充足。若要進(jìn)行室外網(wǎng)絡(luò)覆蓋工作，則僅需按照常規(guī)建設(shè)方法來建站。但在建設(shè)的過程中仍因地勢(shì)等因素存在一系列問題，如弱覆蓋區(qū)或盲區(qū)定位困難。在部分大型建筑物內(nèi)部和密集建筑物群區(qū)域進(jìn)行５Ｇ 信號(hào)覆蓋工作過程中，傳統(tǒng)的二維地圖和建筑物信息無法模擬出實(shí)際信號(hào)對(duì)建筑物的穿透效果，導(dǎo)致傳統(tǒng)室內(nèi)覆蓋建設(shè)方案點(diǎn)位無法得到精準(zhǔn)信息確認(rèn)，定位存在一定難度，有一定概率出現(xiàn)弱覆蓋區(qū)域和盲區(qū)［２］ 。

２．３ 資源利用率分配不均

通過對(duì)現(xiàn)網(wǎng)資源利用情況了解得知，不同場(chǎng)景的資源利用率之間存在十分明顯的差異。現(xiàn)網(wǎng)資源利用率較高的場(chǎng)景通常為校園、醫(yī)院或交通樞紐等人流量較密集的場(chǎng)景，現(xiàn)網(wǎng)資源利用率較低的場(chǎng)景為住宅小區(qū)。通過對(duì)室內(nèi)覆蓋站點(diǎn)的效能調(diào)查發(fā)現(xiàn)，７０％的低效能站點(diǎn)都集中在住宅小區(qū)。

３ ５Ｇ 室內(nèi)分布系統(tǒng)低成本建設(shè)方向

不同建筑物的結(jié)構(gòu)和功能不同，致使５Ｇ 室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)需求也大不相同，不同的室內(nèi)分布系統(tǒng)技術(shù)手段也有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。因此，在進(jìn)行無線信號(hào)室內(nèi)分析系統(tǒng)過程中，需要針對(duì)不同場(chǎng)景的特點(diǎn)來選擇方案，以保證方案的科學(xué)性和合理性。在面對(duì)同一棟建筑時(shí)，也需要對(duì)其進(jìn)行識(shí)別，測(cè)試信號(hào)穿透效果是否相同，在不同的功能區(qū)域中選擇不同的方案進(jìn)行建設(shè)。只有靈活應(yīng)用各種技術(shù)手段來完成室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)才能將覆蓋效果保持在最佳水平。

３．１ 常規(guī)樓層建筑物

在５Ｇ 室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)方案制定過程中，要重點(diǎn)考慮介入需求，當(dāng)前運(yùn)營(yíng)商５ＧＮＲ 新增的主流頻段為２．６ ＧＨｚ，３．５ ＧＨｚ 和３．６ ＧＨｚ。因此，在進(jìn)行５Ｇ 室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)過程中，要以運(yùn)營(yíng)商的需求數(shù)量作為建設(shè)基本條件，可以將其劃分為２ 種建設(shè)方案，分別為單運(yùn)營(yíng)商和多運(yùn)營(yíng)商共享建設(shè)方案，具體覆蓋方案要根據(jù)場(chǎng)景建筑結(jié)構(gòu)目標(biāo)和容量需求來決定?？梢詫?duì)建筑群體進(jìn)行劃分，將其分為不同的功能區(qū)，根據(jù)不同功能區(qū)的需求來制定合適的建設(shè)方案。

在面對(duì)一些熱點(diǎn)區(qū)域時(shí)，人群數(shù)量會(huì)增加，對(duì)５Ｇ大帶寬的業(yè)務(wù)需求也會(huì)隨之增長(zhǎng)。例如，在城市地鐵站、車站候車廳或體育館等區(qū)域，會(huì)優(yōu)先采用有源微站的方案，以滿足對(duì)高容量話務(wù)的吸收。相反，在面對(duì)一些非熱點(diǎn)區(qū)域時(shí)，則會(huì)選擇無源室分方案，以最低的成本來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋。對(duì)于普通的室內(nèi)分布樓層或用戶密度低的區(qū)域，因?yàn)槌咚俜?wù)應(yīng)用較少，建議優(yōu)先選用無源室內(nèi)分布方法進(jìn)行信號(hào)覆蓋，能夠充分發(fā)揮出此方案整體投資少、可共享資源多和運(yùn)行維護(hù)成本低等優(yōu)勢(shì)，將高性價(jià)比５Ｇ 網(wǎng)絡(luò)部署理念貫徹到底。對(duì)于較特殊的住宅小區(qū)場(chǎng)景，可以采用立體多方案來實(shí)現(xiàn)低成本部署，室內(nèi)平層區(qū)域采用樓間射燈天線對(duì)打方案，電梯和地下停車場(chǎng)可以利用無源器件和天線來實(shí)現(xiàn)深度覆蓋，保證住宅小區(qū)在進(jìn)行室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)的過程中不會(huì)出現(xiàn)弱薄覆蓋區(qū)和盲區(qū)。另外，也需要充分考慮運(yùn)營(yíng)商的特殊要求，保證資源共享率和需求匹配，形成一種最佳的平衡狀態(tài)［３］ 。

３．２ 公路隧道

大多數(shù)公路隧道都為單向隧道，在隧道內(nèi)設(shè)置多條行車道來規(guī)范車輛行駛。隧道的橫截面半徑較大且高度相比平常山洞更高。因此，在公路隧道５Ｇ 室內(nèi)分布建設(shè)過程中需要考慮實(shí)際建設(shè)成本和工程實(shí)施難度。山洞隧道主要使用板狀天線來進(jìn)行信號(hào)覆蓋工作，天線之間的距離可以根據(jù)運(yùn)營(yíng)商接入的不同系統(tǒng)和隧道彎曲程度等來進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定過程中需要以鏈路預(yù)算結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)，建議設(shè)置的天線間距在２００～３００ 米，能夠確保各系統(tǒng)覆蓋良好。對(duì)于個(gè)別需要使用定向天線來進(jìn)行信號(hào)覆蓋的存量公路隧道，可以以５Ｇ 部署頻段和原有的覆蓋天線間距信息作為依據(jù)，選擇不同的改造方案，通過ＰＯＩ 或者是增益天線來對(duì)５Ｇ 系統(tǒng)進(jìn)行部署，保證與原系統(tǒng)共點(diǎn)位。

４ ５Ｇ 室內(nèi)分布系統(tǒng)低成本建設(shè)具體改造方案

４．１ 無源分布系統(tǒng)改造

目前，我國(guó)的無源分布系統(tǒng)能夠支持的最高頻段范圍在２．７ ＧＨｚ 左右，恰好和中國(guó)移動(dòng)５Ｇ 頻段的要求相差無幾。中國(guó)移動(dòng)可以將高功率器件當(dāng)做分布系統(tǒng)前端器件，再和現(xiàn)有的分布系統(tǒng)進(jìn)行合路，或新增５Ｇ 室內(nèi)分布系統(tǒng)來滿足５Ｇ 覆蓋需求。無源分布系統(tǒng)因?yàn)槠骷l段的限制，無法滿足電信和聯(lián)通的應(yīng)用要求，只能在保留或拆除原有系統(tǒng)的前提下新增一套５Ｇ 室內(nèi)分布系統(tǒng)。另外，無源分布系統(tǒng)會(huì)受到擴(kuò)容方面的限制，導(dǎo)致在部分場(chǎng)景下會(huì)出現(xiàn)部署困難的情況。因此建議對(duì)地下停車場(chǎng)等純覆蓋類場(chǎng)景進(jìn)行器件改造工作，通過合理選擇前端器件來解決網(wǎng)點(diǎn)過于密集的問題，以及降低器件成本來完成５Ｇ 室內(nèi)系統(tǒng)低成本建設(shè)［４］ 。

４．２ 微基站系統(tǒng)改造

微基站的特點(diǎn)很明顯，主要負(fù)責(zé)一些小場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)覆蓋工作，通常都是應(yīng)用在補(bǔ)盲場(chǎng)景和數(shù)據(jù)熱點(diǎn)等方面。中國(guó)移動(dòng)相比其他運(yùn)營(yíng)商有著頻段方面的優(yōu)勢(shì)，不需要更換新的設(shè)備和天線，就能夠降低５Ｇ 室內(nèi)分布系統(tǒng)的安裝成本和材料成本，對(duì)原有的設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造即可。在５Ｇ 頻段分配方面，中國(guó)移動(dòng)為２．６ＧＨｚ 和４．９ ＧＨｚ，中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通的頻段為３．５ＧＨｚ。只通過原有設(shè)備的射頻器件無法滿足覆蓋要求，因此需要更換新型設(shè)備，同時(shí)增加相對(duì)覆蓋點(diǎn)位。

在面對(duì)不同場(chǎng)景時(shí)，需要根據(jù)場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際需求來選擇運(yùn)營(yíng)商，盡量以最低成本來建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)，在滿足５Ｇ 信號(hào)需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)低成本目的。

４．３ 光纖分布系統(tǒng)改造

光纖分布系統(tǒng)通常由二級(jí)或者是三級(jí)構(gòu)架組成，以達(dá)到５Ｇ 室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)要求。光纖分布系統(tǒng)一般將以前的信源作為下行射頻信號(hào)，在進(jìn)行耦合后和單元進(jìn)行連接，然后將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后再進(jìn)行組幀工作。經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后，通過光纖將下行射頻信號(hào)傳送到擴(kuò)展單元或遠(yuǎn)端單元中。同時(shí)，對(duì)拓展單元或遠(yuǎn)端單元內(nèi)所上傳的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換解幀，最后解幀數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成上行射頻信號(hào)，再傳入信源中。

光纖室內(nèi)分布系統(tǒng)通常應(yīng)用于話務(wù)量較低的場(chǎng)景，如地下室、電梯和小區(qū)公共區(qū)域等。無論是接入單元還是遠(yuǎn)端單元在涉及３．５ ＧＨｚ 信號(hào)處理方面，都需要射頻器件作為基礎(chǔ)支持元素。若原設(shè)備的射頻器件無法滿足需求，則需要立即更換器件。應(yīng)在進(jìn)行器件更換前仔細(xì)閱讀廠商技術(shù)規(guī)范書，對(duì)拓展單元的原理進(jìn)行理解，根據(jù)其要求做出相關(guān)決定，避免出現(xiàn)器件更換錯(cuò)誤問題，徒增額外經(jīng)濟(jì)損耗［５］ 。

４．４ 數(shù)字化室內(nèi)分布系統(tǒng)改造

與傳統(tǒng)的室內(nèi)分布系統(tǒng)相比，數(shù)字化室內(nèi)分布系統(tǒng)作為新型分布系統(tǒng)不但貼合社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)，還具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)：第一，數(shù)字化室內(nèi)分布系統(tǒng)能夠靈活擴(kuò)充，最大限度擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)容量；第二，數(shù)字化室內(nèi)分布系統(tǒng)能夠?qū)?fù)雜煩瑣的部署方案進(jìn)行簡(jiǎn)化，加快分布系統(tǒng)建設(shè)速度，降低建設(shè)成本；第三，數(shù)字化室內(nèi)分布系統(tǒng)擁有運(yùn)維可視化的特點(diǎn)，能夠?qū)⑦\(yùn)行狀況清楚地表現(xiàn)出來，使得網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的效率得到大幅提升；第四，數(shù)字化室內(nèi)分布系統(tǒng)是由網(wǎng)線和光纖組成，不同于傳統(tǒng)的同軸電纜，其更加方便相關(guān)人員進(jìn)行安裝操作，協(xié)調(diào)難度較小。相較于傳統(tǒng)的５Ｇ 室內(nèi)分布系統(tǒng)，這類系統(tǒng)更加貼合社會(huì)發(fā)展進(jìn)程，通過科學(xué)化的手段來滿足社會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求，能達(dá)到有效節(jié)約系統(tǒng)建設(shè)成本的目的。

４．５ 隧道分布改造

經(jīng)過對(duì)隧道室內(nèi)分布系統(tǒng)情況調(diào)查可知，大部分隧道室內(nèi)分布系統(tǒng)都是采用１３／８ 英寸漏纜進(jìn)行５Ｇ信號(hào)覆蓋，這種漏纜傳輸信號(hào)的截止頻率為３ ＧＨｚ，雖然能夠滿足中國(guó)移動(dòng)的頻段需求，但是無法承載中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信的頻段要求。中國(guó)移動(dòng)在不改變點(diǎn)位數(shù)量和位置的基礎(chǔ)上對(duì)原有合路設(shè)備進(jìn)行更換，更換后的新型合路設(shè)備將５Ｇ 系統(tǒng)和原有的隧道分布系統(tǒng)進(jìn)行融合，以滿足５Ｇ 信號(hào)覆蓋需求。受頻段和該漏纜的影響，中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通運(yùn)營(yíng)商所布置的原有隧道分布系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足５Ｇ 覆蓋需求，需要采取更小直徑的漏纜來進(jìn)行５Ｇ 信號(hào)覆蓋工作。因?yàn)樗淼婪植枷到y(tǒng)帶有頻率損耗的問題，因此需要提升５Ｇ設(shè)備反射功率或者適當(dāng)增加點(diǎn)位的數(shù)量來保證５Ｇ 系統(tǒng)的全面信號(hào)覆蓋。通過不同的漏纜傳輸信號(hào)使得頻段覆蓋更廣泛，整體綜合損耗也能降低３～８ ｄＢ，不但能夠保證末端功率強(qiáng)度，還能加快末端信號(hào)衰耗，縮短小區(qū)切換耗時(shí)，實(shí)現(xiàn)低成本運(yùn)行模式［６］ 。

５ 結(jié)束語

５Ｇ 室內(nèi)分布系統(tǒng)為我國(guó)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用，但是由于各種因素致使５Ｇ 室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)成本過高。若要降低成本，則需從５Ｇ 系統(tǒng)的建設(shè)方法、建設(shè)設(shè)備和建設(shè)系統(tǒng)等方面進(jìn)行創(chuàng)新改造工作。５Ｇ 室內(nèi)分布系統(tǒng)低成本建設(shè)要從頻譜、空間損耗和建筑穿透３ 個(gè)方面入手，因此運(yùn)營(yíng)商應(yīng)當(dāng)對(duì)實(shí)際場(chǎng)景進(jìn)行考察，根據(jù)不同的需求來選擇合適的５Ｇ 室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)方法。

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