陳璐

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031）

移動(dòng)通信從產(chǎn)生到現(xiàn)在已為人類生活帶來翻天覆地的改變，而5G通信技術(shù)更是打破了空間對(duì)人類的限制，將人類帶入信息社會(huì)，快速便捷地實(shí)現(xiàn)了人與人、人與物、物與物的信息交互。在4G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)超過70%的流量發(fā)生在室內(nèi)區(qū)域。隨著超高視頻、AR/VR、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等業(yè)務(wù)的進(jìn)一步發(fā)展，未來5G時(shí)代超過90%的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將發(fā)生在室內(nèi)。5G系統(tǒng)與4G系統(tǒng)相比使用了更高的頻段，相對(duì)于4G系統(tǒng)其傳播損耗和墻體穿透損耗更高。因此室外5G宏基站信號(hào)覆蓋室內(nèi)無法達(dá)到良好的覆蓋效果。辦公區(qū)域、高鐵、地鐵、機(jī)場、體育場等場景的室內(nèi)覆蓋是運(yùn)營商樹立良好品牌的最重要場景，也是運(yùn)營商在5G時(shí)代決勝的關(guān)鍵場景。

1 室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋方案

1.1 室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)

室內(nèi)覆蓋具有以下特征：①高容量性。在辦公區(qū)域、機(jī)場候機(jī)廳、高鐵候車廳等人員密集場所，由于移動(dòng)終端數(shù)量密度大且數(shù)據(jù)流量需求大，該類場景的網(wǎng)絡(luò)容量需進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)。②室內(nèi)區(qū)域弱場。因?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)及自身材料特點(diǎn)使穿透建筑墻體等引起信號(hào)電平衰落，從而形成信號(hào)弱場區(qū)甚至是盲區(qū)。③信號(hào)質(zhì)量較差。高層建筑、高鐵隧道內(nèi)空間信號(hào)存在不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)乒乓效應(yīng)和多普勒效應(yīng)，存在話音質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量差的情況。且頻繁的小區(qū)切換容易出現(xiàn)掉話現(xiàn)象。

室內(nèi)分布系統(tǒng)由信號(hào)源和分布系統(tǒng)兩部分組成，分布系統(tǒng)是將室外引入的信號(hào)合理分配在室內(nèi)覆蓋區(qū)域，一個(gè)良好的室內(nèi)分布系統(tǒng)應(yīng)完成本區(qū)域范圍覆蓋，且未對(duì)其他區(qū)域造成干擾。從運(yùn)營商的角度來說室內(nèi)分布系統(tǒng)同時(shí)考慮覆蓋指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)行維護(hù)難度等多維度選擇室內(nèi)覆蓋方案。

1.2 室內(nèi)覆蓋分布系統(tǒng)的技術(shù)方案

1.2.1 無源室內(nèi)系統(tǒng)

分布式天線系統(tǒng)（Distributes Antenna System，DAS）是目前常見的一種無源分布系統(tǒng)，其主要由功分器、耦合器和天線、饋線等組成。信號(hào)源通過耦合器、功分器進(jìn)行分路，通過選擇不同的耦合器和功分器將各路末端輸出信號(hào)盡可能調(diào)平，從而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)信號(hào)的均勻分布。無源分布系統(tǒng)分布方式如圖1所示。

圖1 無源分布系統(tǒng)分布方式

無源分布方式用基站、微蜂窩或直放站作為室內(nèi)分布的信號(hào)源，使用耦合器和功分器等功率分配器件將信號(hào)功率進(jìn)行合理分配，再通過饋線傳輸?shù)绞覂?nèi)各個(gè)收發(fā)天線對(duì)室內(nèi)區(qū)域進(jìn)行覆蓋，其中可根據(jù)信號(hào)衰減的程度增加干線放大器。這種方式安裝簡單，投資較小。工程實(shí)施的關(guān)鍵是選擇放置室內(nèi)覆蓋天線的最佳位置和合理的功率分配。由于使用了無源功率分配器件和饋線傳輸，對(duì)信號(hào)功率衰減較大，覆蓋范圍不大。若信號(hào)的功率太弱，一般可以通過干線放大器來補(bǔ)充，但是干線放大器的加入會(huì)帶來噪聲，多級(jí)干線放大會(huì)形成噪聲的累積，故系統(tǒng)覆蓋范圍受到一定的限制。

1.2.2 有源室內(nèi)系統(tǒng)

有源室內(nèi)系統(tǒng)是將基帶信號(hào)通過光纖、五類線傳輸和分布的一種新型室分系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有易部署、配置靈活、維護(hù)方便等特點(diǎn)。有源室內(nèi)系統(tǒng)一般也被稱為毫瓦級(jí)分布式皮基站，分布式皮基站采用分布式架構(gòu)，一般由基帶單元（BBU）+擴(kuò)展單元（RHUB）+遠(yuǎn)端單元（PRRU）三部分組成，基帶單元與擴(kuò)展單元通過光纖連接，擴(kuò)展單元與遠(yuǎn)端單元通過網(wǎng)線或者光電復(fù)核連接。BBU為基帶處理單元，負(fù)責(zé)整個(gè)基站系統(tǒng)的控制管理，通常部署在建筑物通信設(shè)備機(jī)房，機(jī)房中需布置空調(diào)環(huán)監(jiān)等設(shè)備。RHUB為射頻遠(yuǎn)端CPRI數(shù)據(jù)匯聚單元，實(shí)現(xiàn)基帶單元與遠(yuǎn)端單元之間的通信，擴(kuò)展單元通常分布在樓層的每一層，安裝在設(shè)備間或弱電井中。PRRU為射頻拉遠(yuǎn)單元，實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)處理功能，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況安裝在樓層內(nèi)各區(qū)域。

分布式皮基站與傳統(tǒng)室分相比具有部署靈活、用戶感知好、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，具體如下：①覆蓋能力強(qiáng)，用戶體驗(yàn)好。有源分布系統(tǒng)的遠(yuǎn)端單元集成內(nèi)置天線，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多頻多模的部署，單臺(tái)設(shè)備支持MIMO，速率提升顯著，用戶體驗(yàn)好。②容量靈活調(diào)度。根據(jù)有源分布系統(tǒng)的特點(diǎn)，1個(gè)小區(qū)可包括單個(gè)或者多個(gè)遠(yuǎn)端天線單元。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，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(jìn)行小區(qū)規(guī)劃。③結(jié)構(gòu)簡單，施工便捷。光纖/網(wǎng)線傳輸，設(shè)備美化與功分器、耦合器等無源器件相比施工簡單，單設(shè)備PRRU比天線覆蓋半徑大，設(shè)備點(diǎn)位較少。④可視化運(yùn)維，網(wǎng)絡(luò)可管可控。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中會(huì)不斷出現(xiàn)各種問題或故障，為保障用戶良好感知和網(wǎng)絡(luò)高效運(yùn)營，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)行精細(xì)化維護(hù)，系統(tǒng)監(jiān)控全覆蓋可以快速準(zhǔn)備定位系統(tǒng)和設(shè)備故障，方便運(yùn)維。⑤可實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)。新系統(tǒng)可利舊原系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)可以通過更改設(shè)備平滑升級(jí)至5G，施工簡單快捷。

在典型場景的不同區(qū)域設(shè)置不同類型的室內(nèi)分布系統(tǒng)。以某大型機(jī)場航站樓的場景細(xì)化為例，具體如表1所示。

表1 某大型機(jī)場航站樓的場景細(xì)化情況

2 室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋方案設(shè)計(jì)原則

第一，室內(nèi)分布系統(tǒng)工程的建設(shè)應(yīng)從投資成本、投資回報(bào)比、現(xiàn)場施工難度、網(wǎng)絡(luò)性能目標(biāo)等多個(gè)維度進(jìn)行考慮，應(yīng)在保證室內(nèi)覆蓋的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的同時(shí)，不可對(duì)目前室外網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和安全性造成影響。

第二，室內(nèi)分布系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需求，綜合考慮2G/3G/4G/5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，如可以共享時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮共享方案降低建設(shè)成本，多系統(tǒng)設(shè)置時(shí)，應(yīng)考慮系統(tǒng)間的隔離度，避免系統(tǒng)間的干擾。

第三，建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)時(shí)應(yīng)系統(tǒng)具有易擴(kuò)容性，未來擴(kuò)容時(shí)不改變?cè)邢到y(tǒng)架構(gòu)的情況下，可以通過更換設(shè)備及小區(qū)分裂合并等方式實(shí)現(xiàn)快速擴(kuò)容。

第四，室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)時(shí)電磁輻射必須滿足國家和通信行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，DAS應(yīng)采用“多天線、小功率”的原則，而皮基站設(shè)置PRRU時(shí)也應(yīng)考慮設(shè)備數(shù)量和位置。

第五，室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)的設(shè)備、器件、線纜應(yīng)滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范和要求。

3 室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋方案設(shè)計(jì)流程

室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

圖2 室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

收集項(xiàng)目信息。對(duì)建筑物周圍的無線通信系統(tǒng)進(jìn)行梳理和規(guī)劃，對(duì)周邊基站的位置、設(shè)計(jì)容量、實(shí)際使用容量和扇區(qū)朝向的信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以便選用合適的覆蓋方案。

確認(rèn)運(yùn)營商需求。與運(yùn)營商及相關(guān)客戶積極溝通，獲取建筑物內(nèi)覆蓋需求。

選擇確認(rèn)覆蓋區(qū)域。設(shè)計(jì)系統(tǒng)分布系統(tǒng)時(shí)先應(yīng)收集室內(nèi)建筑物站點(diǎn)信息，對(duì)建筑物內(nèi)各區(qū)域的功能進(jìn)行分類，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況將區(qū)域分為高價(jià)值、中等價(jià)值和低價(jià)值區(qū)域，根據(jù)分類選擇覆蓋方案。以機(jī)場為列，機(jī)場售票區(qū)、候機(jī)區(qū)域、安檢區(qū)域、頭等艙候機(jī)室等分為高價(jià)值區(qū)域；商業(yè)店鋪區(qū)域、各航空公司值機(jī)區(qū)域、各銀行自助取款機(jī)等分為中等價(jià)值區(qū)域；地下室、地下停車場、機(jī)場員工休息區(qū)域等則分為低價(jià)值區(qū)域。

容量規(guī)劃。影響容量估算的因素較多，包括環(huán)境、多天線技術(shù)、干擾消除、設(shè)備性能等因素較多，需根據(jù)系統(tǒng)仿真軟件和實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)算小區(qū)的吞吐量和小區(qū)邊緣的吞吐量。

設(shè)備、接入方式。5G覆蓋時(shí)采用傳統(tǒng)DAS還是皮基站進(jìn)行覆蓋，確單小區(qū)平均吞吐量需求，確認(rèn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的目標(biāo)速度值，根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)選定相應(yīng)的設(shè)備及其接入方式。

切換點(diǎn)規(guī)劃。室內(nèi)分布系統(tǒng)小區(qū)的切換主要分為室內(nèi)系統(tǒng)和室外系統(tǒng)的切換，切換點(diǎn)一般設(shè)置在建筑物各入口；室內(nèi)各小區(qū)切換一般設(shè)置在電梯口處。

路損分析。對(duì)于室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋的各個(gè)區(qū)域，需要利用室內(nèi)信號(hào)傳播模型對(duì)傳播路徑損耗進(jìn)行計(jì)算分析。

系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。根據(jù)前期選定收集的信息確定各區(qū)域的覆蓋方案，選擇適合的接入設(shè)備和接入方式，確定設(shè)備的安裝方式和安裝位置等信息。完成無線通信系統(tǒng)圖、設(shè)備安裝圖、天線位置布置圖等，運(yùn)營商和業(yè)主審查后，進(jìn)入工程實(shí)施階段。

4 結(jié)束語

隨著技術(shù)的發(fā)展，5G網(wǎng)絡(luò)將支持更多的業(yè)務(wù)和應(yīng)用場景，如高帶寬低時(shí)延的eMBB業(yè)務(wù)，超高可靠、超低時(shí)延的URLLC等業(yè)務(wù)。未來將是5G的時(shí)代，然而考慮到投資、運(yùn)維和投資回報(bào)率等問題，5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)逐步推廣覆蓋，因地制宜選取室內(nèi)覆蓋方案發(fā)展5G室內(nèi)業(yè)務(wù)。