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        5G低成本有源室分解決方案探討

        2020-07-10 05:26:12邱太勇江西省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司南昌市330002
        江西通信科技 2020年2期
        關(guān)鍵詞:室分無源有源

        邱太勇 江西省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司 南昌市 330002

        0 引言

        5G的eMBB高速率、uRLLC低時延、mMTC大連接三大業(yè)務(wù)應(yīng)用場景將更多地發(fā)生在室內(nèi)。根據(jù)相關(guān)研究報告和4G現(xiàn)網(wǎng)流量分析,2C數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的70%將發(fā)生在室內(nèi),而對于2B應(yīng)用(如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、遠程醫(yī)療、智能家居、智慧城市等)眾多業(yè)務(wù)也大都以室內(nèi)為主,由此可見5G室內(nèi)覆蓋的重要性。然而,5G將采用3.5GHz及更高的頻率,其傳播損耗和穿透損耗更大,單站覆蓋范圍更小,出現(xiàn)室外站難以覆蓋室內(nèi),傳統(tǒng)DAS室分饋線損耗大、器件不支持等新覆蓋難題。同時5G將采用MIMO來增強網(wǎng)絡(luò)容量和速率,采用多路DAS室分或pRRU有源室分存在建設(shè)成本高難題??梢灶A(yù)見,樓宇室內(nèi)深度覆蓋將成為5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的最大挑戰(zhàn),本文將探討兼顧覆蓋與容量的有源室分+外接天線的低成本5G室分解決方案,以解決上述的兩大難題。

        1 5G現(xiàn)有室分解決方案分析

        1.1 5G無源室分解決方案

        受無源D A S室分器件、饋線的技術(shù)限制,低于2.6GHz頻段的5G設(shè)備仍可以采用“室分信源+DAS分布系統(tǒng)”的建設(shè)方式。目前我國已經(jīng)批復5G商用中頻頻段,中國電信與聯(lián)通獲得2.1GHz共55×2 MHz頻段,中國移動獲得2.6GHz共160MHz頻段,可以采用5G無源室分解決方案。采用2.1/2.6GHz RRU作為5G信源,將5G信號合路到饋線分布系統(tǒng)中,再通過將信號功分或耦合到不同樓層的吸頂天線,實現(xiàn)對信號的覆蓋。

        本方案適應(yīng)于對現(xiàn)有4G室分系統(tǒng)改造,以引入5G信號。利舊改造可再細分為2種不同的解決方案,一是利舊原單路饋線分布系統(tǒng),實現(xiàn)1T1R(1發(fā)1收);二是利舊一路原饋線分布系統(tǒng),并再新建一路新的饋線分布系統(tǒng),實現(xiàn)2T2R(2發(fā)2收),這種雙路的方案成本更高,但網(wǎng)絡(luò)容量和速率能提升60%以上。但為了提升5G速率及容量性能,通常需要新建2路或4路無源DAS室內(nèi)分布系統(tǒng),將帶來建設(shè)成本進一步增加,所以本方案主要適用于低容量的覆蓋需求場景。

        圖1 5G無源室分系統(tǒng)(DAS)組網(wǎng)架構(gòu)示意圖

        1.2 5G有源室分解決方案

        3GPP技術(shù)標準中采用有更大可用帶寬的高頻通信、多天線MIMO等技術(shù),來提升5G速率及容量,同樣,針對高流量、高價值等容量需求場景,可以基于3.5/4.9GHz的設(shè)備,采用有源室分解決方案。但此方案的設(shè)備及工程造價高,對于容量和覆蓋兼有的場景性價比低。

        5G有源室分系統(tǒng)也稱為毫瓦級分布式小基站,一般由基帶單元(BBU)、匯聚單元(RHUB)和遠端單元(pRRU)組成,基帶單元與匯聚單元通過光纖連接,匯聚單元與遠端單元通過網(wǎng)線或光電復合纜連接,遠端單元通過POE供電。

        圖2 5G有源室分系統(tǒng)組網(wǎng)架構(gòu)示意圖

        2 5G低成本室分解決方案探討

        2.1 5G有源室分+外接天線解決方案

        對于內(nèi)部隔斷較多、覆蓋和容量兼有的樓宇,若采用現(xiàn)有5G室分解決方案存在效果差或投資大的問題。為此,可采用5G有源室分+外接天線解決方案,通過3.5/4.9GHz大帶寬有源室分滿足速率及容量需求;采用外接無源天線,降低對pRRU設(shè)備需求,并可延伸到房間內(nèi)以抵消墻體穿透損耗,以滿足覆蓋要求,從而降低建設(shè)成本。

        圖3 5G有源室分+外接天線組網(wǎng)架構(gòu)示意圖

        針對不同的容量及速率需求和建筑物內(nèi)房間隔斷情況,可將pRRU設(shè)備的外接射頻端口進行不同組合,對于有一定容量需求、中等價值的場景可采用1個pRRU拖2個無源天線點位方案,實現(xiàn)5G雙通道信號覆蓋,提升用戶峰值速率和容量;對于房間隔斷多、以覆蓋為主的低價值場景可采用1個pRRU拖4個無源天線點位方案,實現(xiàn)5G單通道信號低成本覆蓋。

        2.2 覆蓋規(guī)劃

        適合室內(nèi)覆蓋鏈路預(yù)算的傳播模型一般有自由空間傳播模型、衰減因子模型、Keenan-Motley和ITU-R P.1238等,業(yè)界推薦使用ITU-R P.1238室內(nèi)傳播模型進行單天線覆蓋半徑估算。傳播模型的公式如下:

        該傳播模型的參數(shù)說明如下:

        表1 距離損耗系數(shù)N參考取值

        表2 穿透損耗系數(shù)參考取值

        表2 穿透損耗系數(shù)參考取值

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        ITU-R P.1238室內(nèi)傳播模型可分為視距(LOS)、非視距(LOS)兩種傳播環(huán)境。對于視距(LOS)傳播是以自由空間傳播損耗為主,距離損耗系數(shù)N約為20,穿透損耗系數(shù)Lf(n)為0,傳播模型可簡化為:

        由此,進行室內(nèi)鏈路預(yù)算,其過程和結(jié)果如下表所示:

        表3 3.5GHz有源室分+外接天線低成本室內(nèi)覆蓋鏈路預(yù)算表

        假定運營商對5G室分目標網(wǎng)的覆蓋指標為:-RSRP≥-110dBm、SINR≥-3dB。從上表可以看出,當手機離天線間距離在10米時,可以滿足覆蓋指標要求,因而取定單天線的覆蓋半徑為不超過10米。

        天線點位設(shè)置應(yīng)盡量靠近目標覆蓋區(qū)域,但距離用戶終端較遠時,可以通過更換7/8饋線、天線點位入房間等方法解決;應(yīng)考慮與其它無線通信系統(tǒng)之間隔離要求;并應(yīng)控制室內(nèi)信號外泄,如天線安裝位置距離窗口2米以內(nèi),可改用外接定向天線方法控制室內(nèi)信號向外泄露。

        2.3 容量規(guī)劃

        室分容量規(guī)劃流程可分為用戶容量需求估算、單小區(qū)容量能力估算。根據(jù)業(yè)務(wù)的話務(wù)模型(業(yè)務(wù)類型、業(yè)務(wù)速率、業(yè)務(wù)滲透率),預(yù)測用戶數(shù),估算用戶容量需求。再根據(jù)室分信源設(shè)備的頻率、帶寬、通道等參數(shù),估計單小區(qū)容量能力,對上下行信道分別估算支持的連接數(shù)能力,最后估算小區(qū)數(shù)量=用戶容量需求/單小區(qū)容量。再進行室分小區(qū)規(guī)劃。

        圖4 室分容量規(guī)劃流程

        5G初期以信號覆蓋為主,可以按樓棟或多個樓層為單位來劃分有源室分小區(qū),一個小區(qū)可包括多個pRRU,以減少小區(qū)間的切換和干擾。電梯廳盡量使用與電梯同小區(qū)信號覆蓋,確保電梯與平層之間的切換在電梯廳內(nèi)發(fā)生。必須在同一樓層設(shè)置兩個以上小區(qū)的,切換區(qū)域應(yīng)盡量避開話務(wù)密集區(qū)。合理利用隔斷阻隔兩個相鄰的同頻異PCI小區(qū),減少小區(qū)間干擾。

        5G后期,隨著5G用戶及業(yè)務(wù)不斷發(fā)展,可根據(jù)建筑物的容量需求及廠商設(shè)備支持的小區(qū)分裂和合并能力,靈活進行小區(qū)規(guī)劃,可基于每個樓層、每個房間或甚至每個pRRU進行小區(qū)劃分,以提升室分容量。

        2.4 工程應(yīng)用

        2.4.1 低成本案例介紹

        某市政府行政服務(wù)中心要采用3.5GHz頻段進行5G室內(nèi)信號覆蓋,該大樓有1棟15層主樓、2棟裙樓,建筑面積約11萬平米。用戶為政府工作人員和外來辦事人員,主要業(yè)務(wù)需求是5G eMBB高速率上網(wǎng)及政務(wù)查詢,考慮對網(wǎng)絡(luò)速率、容量要求不高,設(shè)計了單路、雙路5G有源室分+外接天線兩種方案,技術(shù)經(jīng)濟比較如下表:

        表4 3.5GHz有源室分+外接天線低成本室內(nèi)覆蓋方案比較

        由上表可以得出,單路(1拖4)比雙路(1拖2)可節(jié)省30%投資,比常規(guī)四路有源室分可節(jié)省60%投資,測試的下行峰值速率可達400Mbps;雙路(1拖2)比常規(guī)四路有源室分可節(jié)省40%投資,測試的峰值速率下行可達900Mbps、上行可達170Mbps。

        2.4.2 工程應(yīng)用建議

        不同室內(nèi)場景對于容量需求存在差異性,5G室內(nèi)場景根據(jù)容量需求可以劃分為覆蓋、體驗、容量三類場景。每類場景又對應(yīng)著不同的具體樓宇,覆蓋場景包括辦公樓/寫字樓、停車場;體驗場景包括醫(yī)院、CBD/商業(yè)綜合體、娛樂場所、賓館酒店、咖啡廳/餐館;容量場景包括交通樞紐、會展中心、體育館、高校等。

        5G低成本有源室分+外接天線的應(yīng)用建議:覆蓋場景對于網(wǎng)絡(luò)速率、容量的需求低,運營商可接受建維成本低,優(yōu)選1拖4單路(1T1R)室分組網(wǎng);體驗場景對于網(wǎng)絡(luò)速率、容量需求適中,可接受建維成本居中,優(yōu)選1拖2雙路(2T2R)室分組網(wǎng);容量場景對于網(wǎng)絡(luò)速率、容量需求高,可接受建維成本高,優(yōu)選四路(4T4R)室分組網(wǎng)。

        3 結(jié)束語

        5G室內(nèi)深度覆蓋應(yīng)結(jié)合用戶業(yè)務(wù)需求,基于不同業(yè)務(wù)場景來選擇高性價比的5G室分解決方案。對于內(nèi)部隔斷少、較為開闊的高價值場景,優(yōu)先采用有源室分方案,確保網(wǎng)絡(luò)容量、提升用戶體驗;對于內(nèi)部隔斷較多的中價值場景,優(yōu)先采用有源室分+外接天線方案,降低建設(shè)成本。對于低價值樓宇,可考慮采用2.1/2.6GHz無源室分合路/新建方案,進一步降低建設(shè)成本。從而低成本、高效快速地實現(xiàn)5G室內(nèi)覆蓋,支撐5G應(yīng)用規(guī)模發(fā)展。

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