李文明

（中國移動通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司湖南分公司，湖南 長沙 410000）

1 5G 網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋的情況分析

1.1 5G 網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋使用頻率分析

5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋使用頻率主要可以分成3.3～3.4 GHz、 3.4 ～3.6 GHz、4.8 ～5.0 GHz、 毫 米 波 段 以 及2G/3G/4G 系統(tǒng)頻段等。目前，5G 網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋的主要應(yīng)用頻率為3.3 ～3.4 GHz，而3.4 ～3.6 GHz、4.8 ～ 5.0 GHz 頻段的實(shí)際使用效果還需要利用網(wǎng)絡(luò)測試的方式進(jìn)行確認(rèn)。

不同的頻率使用在不同的環(huán)境中，其中3.3～3.4 GHz 主要用在室內(nèi)覆蓋環(huán)境中，而3.4 ～3.6 GHz、4.8 ～ 5.0 GHz 頻段更多應(yīng)用在室外覆蓋中，若是將其應(yīng)用到室內(nèi)還需要對于同頻干擾等問題進(jìn)行驗(yàn)證。而對于2G/3G/4G 系統(tǒng)，其存量頻段后續(xù)能夠?qū)嵤?G 系統(tǒng)的演進(jìn)，但會受到帶寬資源的限制。對于毫米波段，現(xiàn)階段5G 還缺少明確的設(shè)備產(chǎn)品路標(biāo)，同時(shí)相對于中低頻來說信號傳播損耗較大。

1.2 5G 網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋建設(shè)方案分析

按照不同的形式可以將5G 網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)信號覆蓋建設(shè)方案分為室外覆蓋室內(nèi)方式、分布式天線系統(tǒng)（DAS）、室內(nèi)光纖分布系統(tǒng)以及分布式皮基站的建設(shè)方式等。

第一，室外覆蓋室內(nèi)方式。此種方式就是指輻射點(diǎn)天線的位置處在室外，利用不同方式（如設(shè)置宏基站、微基站、RRU（射頻拉遠(yuǎn)單元）、直放站等）實(shí)現(xiàn)不同點(diǎn)位和角度的立體式覆蓋方案。室外覆蓋室內(nèi)主要用于單層面積小、無線信號易穿透的單體建筑，通過優(yōu)化室外大網(wǎng)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)覆蓋，但對大型樓宇覆蓋較差。

第二，分布式天線系統(tǒng)（DAS）。DAS 建設(shè)量最大，3 家運(yùn)營商DAS 存量合計(jì)約70 萬套。目前，DAS系統(tǒng)主要支持800 ～2 700 MHz 的頻段，需要對功分器、耦合器、合路器及天線等器件進(jìn)行更換，不能充分體現(xiàn)NR 多流技術(shù)的優(yōu)勢。相對于2.3 GHz，DAS 系統(tǒng)饋線對于3.5 GHz 頻段信號的傳輸衰減較大，若是想要確保和2.3 GHz 同點(diǎn)位的覆蓋要提升信源功率。所以要大力推廣大功率RRU 設(shè)備的發(fā)展。

第三，光纖分布系統(tǒng)。此系統(tǒng)更多應(yīng)用在室外覆蓋室內(nèi)，若應(yīng)用到室外場景就要實(shí)現(xiàn)小功率室內(nèi)天線一體化光纖分布系統(tǒng)；若要實(shí)現(xiàn)3.5 GHz 頻段的應(yīng)用就要新增5G NR 信源、新增接入單元AU、更換擴(kuò)展單元EU 及新增射頻單元RU 等，具有一定的改造難度。

第四，分布式皮基站。通過對目前支持4G 網(wǎng)絡(luò)的分布式皮基站進(jìn)行相應(yīng)改造能夠支持5G NR，可以通過CAT6A 網(wǎng)線或者帶電光纜來進(jìn)行，操作相對簡單，具有較好的容量性能[1]。

對于5G 室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)較高容量以及較高價(jià)值場景，比較適合采用分布式皮基站的方案。分布式皮站主要適用于高價(jià)值、高流量、空曠的大型建筑室內(nèi)覆蓋，如體育場館、會展中心、機(jī)場及交通樞紐等，但無法與其他運(yùn)營商共享。表1 是分布式皮站在幾類建筑中的典型覆蓋能力，其中覆蓋區(qū)域邊緣RSRP ≥-105 dBm。

2 分布式皮基站在5G 室內(nèi)覆蓋中的應(yīng)用分析

2.1 分布式皮基站

分布式皮基站是一種小型低功率室內(nèi)數(shù)字分布式基站，通過固網(wǎng)寬帶、專有回傳等接入到移動核心網(wǎng)，為用戶提供LTE 移動通信信號覆蓋，實(shí)現(xiàn)精確、深度覆蓋，提升網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的上網(wǎng)體驗(yàn)，同時(shí)還能吸收熱點(diǎn)話務(wù)，為宏網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分流。分布式皮基站主要包括三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，分別為BBU（基帶單元）、RHub（集線設(shè)備）及Pico RRU（射頻遠(yuǎn)端單元）。其中BBU和RHub 之間利用光纖實(shí)施連接，RHub 和Pico RRU之間利用網(wǎng)線實(shí)施連接，其架構(gòu)如圖1 所示。

2.2 4G 和5G 分布式皮基站的對比

隨著從4G 網(wǎng)絡(luò)向5G 網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)變，分布式皮基站的發(fā)射功率也有所提升，5G 分布式皮基站初步規(guī)劃的功率在4×125 MW 或者4×250 MW，還需要進(jìn)一步論證。4G 和5G 分布式皮基站的對比情況如表2 所示。

表1 分布式皮站在場景中的典型覆蓋能力

圖1 分布式皮基站架構(gòu)

相對于4G 分布式皮基站方案，5G 分布式皮基站支持100 MHz，具有5 倍的帶寬增益，并且頻譜效率也能夠明顯提升，所以5G 分布式皮基站的速率具有5倍以上的增益[2]。

2.3 分布式皮基站的優(yōu)勢分析

第一，傳統(tǒng)的DAS 方式只支持2×2MIMO，一旦兩通道存在不平衡的情況就會引發(fā)吞吐量降低。而分布式皮基站具有穩(wěn)定的信號，可以支持4×4MIMO，能夠匹配5GeMBB 業(yè)務(wù)高容量方面的要求，可以實(shí)現(xiàn)5G 室內(nèi)視頻、VR、AR 等業(yè)務(wù)方面的需要。

第二，傳統(tǒng)的DAS 系統(tǒng)布線相對復(fù)雜。分布式皮基站工程操作相對靈活便捷，可以利用軟件進(jìn)行不同小區(qū)的合并，簡便地建成大規(guī)模的分布系統(tǒng)。

表2 4G 和5G 分布式皮基站的對比情況

第三，傳統(tǒng)DAS 系統(tǒng)會因?yàn)闊o源器件以及饋線損耗影響到信號的有效傳輸，而分布式皮基站系統(tǒng)在 100 m 之內(nèi)可以忽略距離延伸造成的饋線損耗。

第四，傳統(tǒng)DAS 系統(tǒng)缺少主動監(jiān)控的功能，很難對發(fā)生的故障進(jìn)行定位，只能通過現(xiàn)場進(jìn)行查驗(yàn)。而分布式皮基站可以通過遠(yuǎn)端PRRU 進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，相對來說定位以及優(yōu)化運(yùn)維較便捷[3]。

3 分布式皮基站所面臨的挑戰(zhàn)

分布式皮基站雖然比較適合應(yīng)用在5G 室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)較高容量以及較高價(jià)值場景，但同時(shí)存在著某些挑戰(zhàn)。

（1）相比于傳統(tǒng)DAS 系統(tǒng)，分布式皮基站工程改造的難度、工作量要小很多，但在施工時(shí)也需要新增或者更換RHUB，同時(shí)要對CAT5E 網(wǎng)線進(jìn)行更換。此外，在施工過程中會將裝修破壞掉，需要和物業(yè)進(jìn)行協(xié)調(diào)。

（2）現(xiàn)階段還處于5G 網(wǎng)絡(luò)的初始應(yīng)用階段，分布式皮基站只支持3.5 GHz 頻段。如果后續(xù)要擴(kuò)展支持的頻段還是要進(jìn)行工程的改造以及設(shè)備更換。

（3）相對于傳統(tǒng)DAS 系統(tǒng)，分布式皮基站造價(jià)比較高。從相應(yīng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，4G 網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋建設(shè)方案中傳統(tǒng)單路DAS 造價(jià)在4 ～5 元/m2，傳統(tǒng)雙路DAS造價(jià)在8 元/m2，而分布式皮基站造價(jià)在12 元/m2， 屬于傳統(tǒng)雙路DAS的1.5倍。而相對于4G分布式皮基站，5G 分布式皮基站的造價(jià)更高（提升1 倍），相對于傳統(tǒng)雙路DAS 提升了1.5 倍的費(fèi)用。所以5G 分布式皮基站具有比較高的投資成本，若是將目前所有的室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)全部進(jìn)行分布式皮基站建設(shè)方案的改造就會投入大量的建設(shè)成本，會對運(yùn)營商造成非常大的資金壓力，所以需要根據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行，不能統(tǒng)一改造。

（4）現(xiàn)階段分布式皮基站還是有源系統(tǒng)，遠(yuǎn)端單元需通過網(wǎng)線或獨(dú)立電源方式進(jìn)行供電，一旦遇到供電困難的情況就無法正常使用。

隨著5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的逐漸擴(kuò)展，室內(nèi)業(yè)務(wù)的應(yīng)用不斷擴(kuò)展，在云VR/AR、智能制造、智慧能源、無線醫(yī)療、無線家庭娛樂及個(gè)人AI 輔助等方面都會有所應(yīng)用。相對于其他方式，分布式皮基站能夠滿足高容量方面的要求，操作相對簡潔，能夠有效監(jiān)控并定位，但是其建設(shè)成本相對高，且很難有效兼容后續(xù)高頻信號。所以在實(shí)際操作時(shí)一定要充分考慮到5G 室內(nèi)覆蓋性能和成本之間的平衡，更好地滿足5G 室內(nèi)覆 蓋的要求[4]。