5G时代室内深度覆盖方案探讨

    刘欢欢

    

    

    

    【摘要】? ? 5G时代，超70%的应用发生于室内，室内网络将成为运营商5G网络竞争的重量级筹码，室内网络建设已成为目前运营商重点探讨的问题之一。本文介绍了分布式皮基站、扩展式皮基站、升级传统DAS系统等5G室内覆盖方案，并根据场景特点给出了方案建议。

    【关键词】? ? 5G室内覆盖? ? 分布式皮基站? ? 扩展式皮基站? ? 传统DAS? ? 移频MIMO

    一、5G时代室内覆盖难点

    1.1 频段传播损耗大

    3GPP定义了5G从Sub6G、C-band到毫米波的FR1、FR2两个5G目标频谱。工信部目前为5G划定了4个频段，如下表所示。

    相比4G的频段（低频800 MHz、900 MHz，高频1.8 GHz、2.1 GHz、2.6 GHz），5G的低频段为3.3～3.6 GHz，高频为28 GHz。根据电磁波的传播特性，电磁波的波长越长绕障碍物的能力越强，波长越短绕障碍物的能力越弱。5G网络的电磁波传播损耗远大于4G网络，覆盖能力更弱，5G宏基站信号在穿墙覆盖室内场景的时候面临更大的链路损耗问题，室内深度覆盖问题将更加棘手。

    1.2 传统室分难以平滑升级

    传统的室内覆盖方案是采用分布式天线系统（DAS），这种解决方案将网络信号通过信号电缆引入室内，并分配至不同区域，实现网络的深度覆盖。

    传统DAS室分升级5G难点分析：

    1.绝大多数存量DAS系统的无源器件支持频段在800～2600MHz，不支持3GHz以上高频，无法通过合路信源直接升级;

    2.传统DAS系统升级5G，需更换大量核心部件（如耦合器和功分器），工程量大，施工难度大，易出错，物业协调困难，而且改造质量无法保证，工程难以落地;

    3.传统DAS系统以单路为主，单路改双路由于存在线路老化、部署路径差异，极易造成双路不平衡，体验下降，而且建网成本高，投资回报率低;

    4.传统DAS系统无源器件多，故障不可监控，故障排查难度高，处理时间长，无法保证5G网络质量。

    综上所述，传统室分系统升级5G将面临着频段、工程、维护等多方面的问题，无法在原来DAS系统的基础上平滑快速升级5G网络。

    二、5G室内深度覆盖方案

    2.1 分布式皮基站—5G时代室内覆盖方案的主流

    新型数字化分布系统也称为毫瓦级分布式皮基站，一般由基带单元BBU+扩展单元+远端单元这三部分组成，基带单元与扩展单元通过光纤连接，扩展单元与远端单元通过网线或光电混合缆连接，远端单元通过POE供电。基带单元BBU部署于建筑物内的通信机房，扩展单元安装于楼宇各层的弱电井、设备间等，远端单元则分散安装在楼层各区域，负责实现用户覆盖。目前以华为的Lampsite、中兴的Qcell 和爱立信的RDS为代表的有源分布系统成为5G室内覆盖的主流方案。

    1.华为LampSite 系统由基带单元BBU（BaseBand Unit）、pRRU（Pico Remote Radio Unit）和RHUB（RRU HUB）组成。

    2.中兴Qcell 系统整体架构分为三级，分别是：基带单元BBU（BaseBand Unit）、远端汇聚单元（Pbridge）以及远端射频单元（pRRU，Pico Remote RadioUnit）。

    3.爱立信RDS 系统由DU 数字基带单元，IRU 室内射频单元以及Dot 无线点系统。

    分布式皮基站做为目前5G室内覆盖方案的主流，具备以下几点优势：

    1.可实现平滑升级。新型分布系统在4G的基础上可以通过更换扩展单元和远端单元，基带单元BBU扩展板卡的方法实现升级5G，网络结构无需更改，施工快速便捷;

    2.容量灵活调度。根据有源分布系统的特点，1个小区可包括单个或者多个远端天线单元。实际应用时，可根据建筑物的容量需求及厂商设备支持的小区分裂和合并能力，灵活进行小区规划;

    3.覆盖能力强，用户体验好。有源分布系统的远端单元集成内置天线，同时实现多频多模的部署，支持MIMO，用户体验好;

    4.结构简单，施工便捷。新型分布系统组网结构简单，不存在传统DAS方案中功分器、耦合器等无源器件，而且有源分布系统的远端（PRRU或Dot）覆盖能力比无线分布系统中吸顶天线强，覆盖半径更大，点位减少，施工过程更便捷;

    5.可视化运维，网络可管可控。网络运行中会不断出现各种问题或故障，为保障用户良好感知和网络高效运营，需要对网络实行精细化维护。新型数字化分布系统可以监控各级设备的工作状态，能实现网络动态监控、故障识别和快速定位，保障用户体验，提高网络品牌。

    2.2 扩展型皮基站—低成本新型室分解决方案

    扩展型皮基站是在一体化皮基站基础上，通过扩展单元增加多个远端单元的低成本新型室分解决方案，其主要由三部分组成：

    主机AU（Access Unit）：实现基站的各层协议栈处理以及系统管理功能;

    扩展单元CP （Centralized Part）：实现上下行基带数据的分发汇聚功能，并为远端供电;

    远端单元（Distributed Part）：实现信号放大和收发;

    扩展型皮基站提供类型的远端单元：4T4R，2T2R，2T2R+室分天線，可根据不同区域容量要求部署不同规格的远端单元，实现容量精准覆盖。在室内空间隔断较多的场景，采用扩展型皮基站+智慧室分融合组网的方式，整合有源方案和无源方案的各自优势，保证覆盖效果，进一步降低覆盖成本。

    扩展型皮基站和分布式皮基站架构相似，都是由三级结构组成，单小区速率和远端覆盖能力相同，但是扩展型皮基站的用户数相对于分布式皮基站减半。

    因此，在中低人流密度场景选择性使用扩展型皮基站或扩展型皮基站+室分天线融合组网的方案，是5G时代一种高性价比的创新解决方案。

    2.3 传统DAS在5G时代的应用

    由于当前各运营商已建设的DAS规模巨大，5G网络的建设成本高，在5G时代很长的一段时间内，有源分布系统和传统DAS系统将会共存。如何挖掘现有DAS系统的潜力，实现网络效益和成本最优，是运营商目前探讨的问题之一。

    2.3.1频谱重耕DAS将可能直接升级5G网络

    当前中国移动获得2515～2675M 中共计160M 频带（含5G 和4G 频段），等联通和电信清频后（联通：2555～2575M，电信：2635～2655M），再对现有2/3/4G 系统频率的频谱重耕，中国移动未来可能在2.6G 频段上形成100M 频段的规模组网能力。中国联通和中国电信现有2.1GHz 频段合计45M（2110-21），从中国联通的业务发展情况来看，中国联通需要保留5M 带宽用于3G，解决用户语音需求，未来通过频谱重耕，电联共有40M的频段可用于2.1G NR。

    单路DAS方案：现网存量单路DAS系统直接接入RRU单口，改造简单，仅能解决5G信号有无问题，5G体验和4G体验提升有限;

    单改双错层MIMO方案：现网存量单路DAS系统的上下两个楼层分别连接RRU的2个端口，单个楼层仅部署一路信号，通过上下楼层泄漏的信号，在两路信号交叠区域实现用户双流（MIMO）体验， 速率提升;

    双路DAS方案：单个楼层的双路DAS系统分别接入RRU的2个端口，单个楼层部署两路信号，实现MIMO覆盖;

    双改四错层MIMO方案：在双路DAS方案的基础上分裂，新增RRU，提升5G容量。

    利旧现有DAS系统升级5G RRU，可快速部署室内场景的5G网络，改造工作量小，工期周期短，但是目前也存在可用带宽小、需要考虑与存量4G共存、用户5G体验提升有限等问题。利旧DAS系统升级5G，需根据站点现有DAS系统的质量情况、人流密度、场景价值等多因素综合考虑。如单路DAS方案，仅适用于人流较小、价值低的场景，如电梯地下室，能满足快速基本网络覆盖需求。双路DAS MIMO方案，适用于人流中等，价值一般的场景，如一般写字楼，如一般写字楼，能低成本实现MIMO覆盖。

    2.3.2移频MIMO分布系统

    移频MIMO分布系统维持原DAS系统的合路器、功分器、耦合器及无源分布线缆不变，在弱电井RRU信源侧增加移频的近端机，将3.5GHz RRU MIMO两个通道的100MHz信号分别移频到无源系统支持的两个低频点，在无源分布系统中传送至远端，将远端天线更换为可监控的移频远端机。这种方案无需更换分布在楼层天花板内的功分耦合器，系统可获得的整体性能与新建双通道无源室分相当，并实现无源室分系统的监控管理。

    2.4 分场景方案建议

    三、结束语

    5G室内覆盖应与室外覆盖统筹规划，兼顾用户体验、容量需求、建设和运营成本以及工程实施难度，因地制宜进行方案选择，满足5G室内业务的发展需求。

    参? 考? 文? 献

    [1]张海.5G室内分布覆盖研究[J].信息通信，2020第10期;

    [2]劉威，刁兆坤，范才坤，王振章. 5G室内覆盖低成本解决方案研究与探讨，DOI：10.13571/j.cnki.cww.2020.32.022