［彭湘衡 吳組輝 楊一帆］

4G自2013年底正式商用，技術(shù)已趨于成熟，近年又出現(xiàn)許多更先進(jìn)的技術(shù)，為滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的新業(yè)務(wù)和新應(yīng)用需求，發(fā)揮新技術(shù)潛能，中國(guó)移動(dòng)已規(guī)模開(kāi)展5G室外宏站部署，目前已完成絕大多數(shù)城市城區(qū)室外2.6 GHz 5G基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)搭建，預(yù)計(jì)接下來(lái)將有針對(duì)性地逐步推進(jìn)5G室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋建設(shè)。5G室內(nèi)分布系統(tǒng)主要有傳統(tǒng)DAS分布系統(tǒng)和分布式皮站數(shù)字化分布系統(tǒng)，由于現(xiàn)網(wǎng)已部署大量2/3/4G傳統(tǒng)DAS室內(nèi)分布系統(tǒng)，因此5G通過(guò)直接合路現(xiàn)網(wǎng)DAS分布系統(tǒng)具備改造成本低、快速引入5G信號(hào)的優(yōu)勢(shì)，但相比于分布式皮站的2/4流，傳統(tǒng)DAS分布系統(tǒng)在用戶(hù)速率上存在明顯的劣勢(shì)，難以滿(mǎn)足高速率場(chǎng)景業(yè)務(wù)需求。

基于錯(cuò)層的室內(nèi)分布系統(tǒng)MIMO方案是利用一個(gè)或多個(gè)RRU的不同通道進(jìn)行聯(lián)合接收和發(fā)送，通過(guò)上下樓層間天線聯(lián)合傳輸利舊傳統(tǒng)DAS室內(nèi)分布系統(tǒng)具備多天線收發(fā)的能力，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)室分支持5G雙流或四流覆蓋的目的，低成本、快速提升5G用戶(hù)體驗(yàn)速率。

兩種方案的對(duì)比如表1所示。

表1 傳統(tǒng)合路與錯(cuò)層方案接入與效果對(duì)比

通過(guò)錯(cuò)層方案可實(shí)現(xiàn)接近5G分布式皮站所達(dá)到的覆蓋效果，同時(shí)可充分利舊現(xiàn)網(wǎng)2G/3G/4G建設(shè)的已有室內(nèi)分布系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)5G性能最大化，最大限度地保護(hù)舊有投資，同時(shí)減少在新建分布式皮站的投入，縮短5G室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋項(xiàng)目建設(shè)周期。

1 方案原理

MIMO原理是發(fā)射端通過(guò)多個(gè)天線各自獨(dú)立發(fā)送信號(hào)，同時(shí)在接收端用多個(gè)天線接收，通過(guò)發(fā)送和接收多個(gè)空間流從而成倍提升用戶(hù)速率。如圖1所示，錯(cuò)層覆蓋方案是針對(duì)原平層覆蓋方案進(jìn)行錯(cuò)層MIMO改造，通過(guò)奇偶樓層垂直面錯(cuò)層覆蓋方案實(shí)現(xiàn)上下樓層間天線聯(lián)合傳輸?shù)牧ⅢwMIMO效果。

圖1 錯(cuò)層室分方案原理圖

1.1 上下樓層信號(hào)差值分析

根據(jù)大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)總結(jié)，室內(nèi)無(wú)線傳播模型如下：

室內(nèi)傳播路徑損耗（dB）=32.34+20log（d/km）+20 log（f/MHz）+10＊n＊log（d/d0）+R，式中f為信號(hào)頻率，n為衰減因子，R為穿透損耗，指由于樓板、隔板、墻壁等引起的附加損耗，不同頻率、材質(zhì)下傳播損耗如表2所示。根據(jù)上述分析，樓層地板穿透損耗約15～30 dB，終端離上下層天線距離傳播損耗差值約8 dB，理論上錯(cuò)層覆蓋終端接收?qǐng)鰪?qiáng)差值在20～35 dB左右。對(duì)于部分商場(chǎng)、辦公樓、廠房等場(chǎng)景樓層較為空曠，空曠區(qū)域終端接收本樓層及其他樓層的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)差異會(huì)更小，差異預(yù)計(jì)在10～15 dB左右，可以獲取更高的雙流/四流增益。

表2 不同材質(zhì)下各頻段穿透損耗

1.2 雙通道不平衡下性能影響驗(yàn)證

為驗(yàn)證雙通道功率不平衡情況下MIMO能力進(jìn)行過(guò)測(cè)試驗(yàn)證，驗(yàn)證雙通道功率差異分別在0～30 dBm下，終端平均接入的通道數(shù)（RANK），分別對(duì)錯(cuò)層實(shí)現(xiàn)雙流和錯(cuò)層實(shí)現(xiàn)四流方案進(jìn)行了驗(yàn)證。

如圖2，根據(jù)測(cè)試結(jié)果，隨著雙通道不平衡差異的增加，MIMO下RANK數(shù)量逐漸下降，錯(cuò)層雙流方案下雙通道功率差異在25 dBm以下時(shí)基本RANK數(shù)保持為2，在30 dBm開(kāi)始下降明顯；錯(cuò)層四流方案下隨著雙通道功率逐漸差異加大，平均RANK逐漸下降，功率差異大于30 dB時(shí)，DAS雙流錯(cuò)層實(shí)現(xiàn)四流方案已無(wú)明顯增益，四流MIMO無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因此建議基于錯(cuò)層的室內(nèi)分布系統(tǒng)MIMO方案雙通道功率差異在30 dB以?xún)?nèi)。

2 基于錯(cuò)層的室內(nèi)分布系統(tǒng)MIMO實(shí)施方案

如圖3所示，錯(cuò)層方案通過(guò)利舊原有4G單/雙流分布系統(tǒng)，簡(jiǎn)單改造饋線連接方式，將奇偶樓層分布系統(tǒng)分別接入5G RRU信源不同通道，通過(guò)奇偶樓層錯(cuò)層覆蓋產(chǎn)生雙流/四流增益。

圖2 雙通道不同功率差異下定點(diǎn)RANK測(cè)試

圖3 錯(cuò)層室內(nèi)分布系統(tǒng)改造示意圖

如圖4所示，利舊原有4G單/雙流分布系統(tǒng)可以通過(guò)兩種方式改造饋線連接方式，實(shí)現(xiàn)將原來(lái)傳統(tǒng)平層單/雙支路改為垂直面的隔層雙/四支路：

方式1：通過(guò)改造原有分布系統(tǒng)的垂直主干，將奇偶樓層的分支分別接入不同的通道實(shí)現(xiàn)垂直面的隔層雙/四支路，本方案改造所需物資極少（饋線、合路器等即可），工序簡(jiǎn)單，改造成本低，由于需要對(duì)每個(gè)樓層的分支接入方式全部重新調(diào)整，對(duì)施工要求高，在饋線隱蔽較好的場(chǎng)景，施工難度較大。

方式2：原有分布系統(tǒng)保持不變，新建5G主干，將5G RRU不同通道分別隔層錯(cuò)開(kāi)合路到原有分布系統(tǒng)的奇偶樓層，實(shí)現(xiàn)垂直面的隔層雙/四支路，本方案需要新增5G主干及分支合路器，改造物資相對(duì)方式更多，施工難度相對(duì)更小。

圖4 錯(cuò)層室內(nèi)分布系統(tǒng)饋線改造實(shí)施圖

3 實(shí)施效果測(cè)試

為驗(yàn)證不同指標(biāo)下錯(cuò)層覆蓋的提升效果，本次開(kāi)展了試點(diǎn)測(cè)試，根據(jù)測(cè)試情況，錯(cuò)層雙流相比傳統(tǒng)單流平均下載速率好、中、差點(diǎn)均有提升，好點(diǎn)提升58%，中點(diǎn)提升49%，差點(diǎn)提升23%；錯(cuò)層四流相比傳統(tǒng)雙流平均下載速率好點(diǎn)提升33%，中點(diǎn)提升10%，差點(diǎn)提升8%，如圖5所示。

圖5 錯(cuò)層室內(nèi)分布系統(tǒng)定點(diǎn)下行速率測(cè)試

如圖6，在雙通道功率差異在0～25 dBm下，下載速率均有所提升；隨著雙通道不平衡差異的增加，下載速率逐漸下降，當(dāng)差異大于30 dBm時(shí)，DAS雙流錯(cuò)層實(shí)現(xiàn)四流已無(wú)明顯增益，DT下載速率已低于雙流速率，建議錯(cuò)層部署下雙通道功率差異在30 dBm以?xún)?nèi)。

圖6 錯(cuò)層室內(nèi)分布系統(tǒng)不同功率差異下下行速率測(cè)試

4 實(shí)施成本分析

基于錯(cuò)層的室內(nèi)分布系統(tǒng)MIMO方案，在不改變?cè)薪M網(wǎng)結(jié)構(gòu)的情況下，快速實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)單路DAS雙流、雙路DAS四流的效果，無(wú)需新增硬件，提升傳統(tǒng)DAS分布系統(tǒng)性能，保護(hù)原有分布系統(tǒng)投資。采用錯(cuò)層方案實(shí)現(xiàn)室內(nèi)覆蓋，即5G信源饋入傳統(tǒng)DAS室分系統(tǒng)外加實(shí)施隔層多通道聯(lián)合接收方案改造，改造單價(jià)約2.1萬(wàn)/平米（含信源）；而新建5G分布式皮站的投資成本約16元/平米左右，錯(cuò)層方案成本僅為新建皮站方案成本的1/8左右。錯(cuò)層方案下好、中點(diǎn)用戶(hù)體驗(yàn)速率也接近于5G皮基站，達(dá)到了較少的投資實(shí)現(xiàn)數(shù)字化室分系統(tǒng)的性能，實(shí)現(xiàn)最佳的投資收益比。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于錯(cuò)層的室內(nèi)分布系統(tǒng)MIMO方案是基于傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)5G室內(nèi)分布系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能的提升，以最小的改造成本達(dá)到5G分布式皮基站的用戶(hù)速率水平，同時(shí)具備建設(shè)周期短、成本低等優(yōu)勢(shì)，主要有以下特點(diǎn)：

（1）錯(cuò)層室內(nèi)分布系統(tǒng)在現(xiàn)有分布系統(tǒng)基礎(chǔ)上直接合路并作主干改造，獲取MIMO增益，無(wú)須重新布放另一套分布系統(tǒng)，建設(shè)周期快，相對(duì)于5G分布式基站，改造成本僅為1/8，改造成本低。

（2）本方案要求在同一小區(qū)下方可實(shí)現(xiàn)多通道聯(lián)合收發(fā)，僅提升用戶(hù)速率，不可增加小區(qū)容量，建議主要在中低流量場(chǎng)景使用，對(duì)高價(jià)值高流量的室分新建站點(diǎn)，建議仍采用分布式皮站的數(shù)字化分布系統(tǒng)建設(shè)方式。

（3）雙通道接收信號(hào)的差異會(huì)影響用戶(hù)上下行速率，建議控制在25 dB以?xún)?nèi)，因此建議在金屬天花、3層及以下樓宇、樓高超5米及樓層隔斷多的場(chǎng)景，不采用錯(cuò)層覆蓋方式建設(shè)。