謝 涵

（福建省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，福建 福州 350000）

關(guān)鍵字：5G覆蓋；室內(nèi)分布系統(tǒng)；天饋

0 引 言

5G網(wǎng)絡(luò)作為移動(dòng)通信領(lǐng)域的新技術(shù)，具有大帶寬、低時(shí)延、廣連接的特點(diǎn)。5G通信技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了諸多產(chǎn)業(yè)數(shù)字化研發(fā)、智能化制造、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、個(gè)性化定制、服務(wù)化延伸、精益化管理等融合模式的發(fā)展。5G網(wǎng)絡(luò)從2019年開(kāi)始大規(guī)模建設(shè)至今，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)戶外的信號(hào)廣覆蓋。根據(jù)工業(yè)和信息化部數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2022年7月底，我國(guó)已經(jīng)累計(jì)建成并開(kāi)通的5G基站約有197萬(wàn)個(gè)，5G移動(dòng)電話用戶達(dá)到4.75億戶。我國(guó)已建成全球規(guī)模最大的5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，已經(jīng)開(kāi)通的5G基站約占全球5G基站總數(shù)的60%以上，登錄5G網(wǎng)絡(luò)的用戶占全球5G登網(wǎng)用戶的70%以上。目前，已建設(shè)的5G基站可滿足戶外用戶的基本使用需求，但是對(duì)于建筑內(nèi)部的信號(hào)覆蓋質(zhì)量，單純靠室外基站很難解決，運(yùn)營(yíng)商需要加快推進(jìn)室內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。如超高清直播、高清視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程醫(yī)療以及VR/AR等業(yè)務(wù)主要發(fā)生在室內(nèi)場(chǎng)景，像醫(yī)院、體育館、交通樞紐、商業(yè)樓宇（商超、寫(xiě)字樓）等室內(nèi)熱點(diǎn)場(chǎng)景逐漸成為運(yùn)營(yíng)商和行業(yè)客戶部署5G網(wǎng)絡(luò)、發(fā)展5G業(yè)務(wù)的優(yōu)選場(chǎng)景。解決5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)信號(hào)覆蓋問(wèn)題，是推動(dòng)5G室內(nèi)場(chǎng)景應(yīng)用發(fā)展的關(guān)鍵。通過(guò)5G室內(nèi)建設(shè)，消除室內(nèi)信號(hào)盲區(qū)，改善室內(nèi)信號(hào)質(zhì)量，提升室內(nèi)、室外網(wǎng)絡(luò)覆蓋，有助于產(chǎn)業(yè)應(yīng)用普及與發(fā)展。

1 5G室分系統(tǒng)建設(shè)面臨的問(wèn)題

5G網(wǎng)絡(luò)目前經(jīng)歷了4年建設(shè)，5G商用在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、應(yīng)用場(chǎng)景、創(chuàng)新生態(tài)等方面取得突出發(fā)展成績(jī)，5G基站建設(shè)總數(shù)、5G終端用戶都有明顯增長(zhǎng)。5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本較高，運(yùn)營(yíng)商5G用戶數(shù)量和流量增長(zhǎng)目前還并未完全匹配。面對(duì)潛在巨大市場(chǎng)增長(zhǎng)空間和高昂的5G投資建設(shè)成本壓力，如何實(shí)現(xiàn)低成本、高性能、高效率的5G深度覆蓋建設(shè)，成為運(yùn)營(yíng)商需要解決的問(wèn)題。目前，5G建設(shè)的重點(diǎn)是室外基站部分，但是5G帶寬增加導(dǎo)致譜功率密度下降，使得室外站的深度覆蓋能力減弱，而4G室分系統(tǒng)站點(diǎn)的5G室分系統(tǒng)升級(jí)工作還未全面展開(kāi)，如果新建5G室分系統(tǒng)，工期較長(zhǎng)且施工建設(shè)成本較高，難以達(dá)到5G室內(nèi)通信的快速部署。在現(xiàn)有的4G室分系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，如何實(shí)現(xiàn)高效的5G室分系統(tǒng)建設(shè)，是本文探討的重點(diǎn)。

2 4G/5G室分系統(tǒng)協(xié)同互補(bǔ)共建模式

2.1 有源數(shù)字室分

2.1.1 有源數(shù)字室分的組網(wǎng)模式

有源室分系統(tǒng)的主要器件有基帶控制單元、無(wú)線接口匯聚單元以及微型射頻拉遠(yuǎn)單元。組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示?；鶐Э刂茊卧闹饕δ苡校杭泄芾碚麄€(gè)基站系統(tǒng)，完成上、下行數(shù)據(jù)基帶處理功能，并提供與射頻模塊通信的接口[1]。無(wú)線接口匯聚單元的主要功能有：接收基帶控制單元發(fā)送的下行基帶數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)分路處理后傳給微型射頻拉遠(yuǎn)單元，并將微型射頻拉遠(yuǎn)單元的上行基帶數(shù)據(jù)合路處理后向基帶控制單元發(fā)送，實(shí)現(xiàn)與基帶控制單元的通信。微型射頻拉遠(yuǎn)單元的主要功能有：發(fā)射通道從無(wú)線接口匯聚單元接收基帶信號(hào)，對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，通過(guò)內(nèi)置天線發(fā)射信號(hào)。接收通道從天線接收射頻信號(hào)，經(jīng)濾波放大后，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)后發(fā)送給無(wú)線接口匯聚單元進(jìn)行處理[2]。

圖1 有源室分系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2.1.2 有源數(shù)字室分的優(yōu)劣勢(shì)

有源數(shù)字室分的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此在工程建設(shè)上部署快速且方便。同時(shí)，微型射頻拉遠(yuǎn)單元本身具備2T2R或者4T4R的特性，可以在后臺(tái)進(jìn)行小區(qū)合并、分裂或者多設(shè)備合并組建Massive MIMO來(lái)靈活應(yīng)對(duì)室內(nèi)容量變化[3]。

基于上述優(yōu)勢(shì)，有源數(shù)字室分系統(tǒng)非常適合在高流高密類型場(chǎng)景中建設(shè)，類似的場(chǎng)景有高校、醫(yī)院及商場(chǎng)等。此類場(chǎng)景中，原有4G網(wǎng)絡(luò)室分建設(shè)通常是單路由天饋分布系統(tǒng)或4G有源數(shù)字室分系統(tǒng)。如果原有4G網(wǎng)絡(luò)室分系統(tǒng)是單路由天饋分布系統(tǒng)，5G室分系統(tǒng)建設(shè)可以直接利用，這種建設(shè)模式有工程速度快、建設(shè)便捷等優(yōu)點(diǎn)，但是單路由模式無(wú)法讓高質(zhì)量、高需求用戶真正體驗(yàn)到5G速度。在此情況下，針對(duì)高流高密類型場(chǎng)景，采用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的5G有源數(shù)字室分系統(tǒng)，能夠保證工程速度，減少工程建設(shè)對(duì)原有環(huán)境的影響，還能讓用戶體驗(yàn)多入多出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）模式下的5G速度。如果原有4G網(wǎng)絡(luò)室分系統(tǒng)是4G有源數(shù)字室分系統(tǒng)，可以直接替換4G無(wú)線接口匯聚單元和微型射頻拉遠(yuǎn)單元或新建一套5G有源數(shù)字室分[4]。有源數(shù)字室分系統(tǒng)性能極好，但是設(shè)備、軟件價(jià)格較高。在5G室分的建設(shè)中期，需要充分考慮建設(shè)成本與預(yù)期收益。

2.2 雙路無(wú)源室分

2.2.1 雙路無(wú)源室分的組網(wǎng)模式

雙路無(wú)源室分的主要器件有射頻拉遠(yuǎn)單元、饋線、無(wú)源器件以及室內(nèi)天線等，組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。射頻拉遠(yuǎn)單元的主要功能有：基帶信號(hào)下行經(jīng)變頻、濾波，經(jīng)過(guò)射頻濾波、經(jīng)線性功率放大器后通過(guò)發(fā)送濾波傳至天饋。將收到的移動(dòng)終端上行信號(hào)進(jìn)濾波、低噪聲放大、射頻小信號(hào)放大濾波和下變頻，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字中頻處理。饋線以及無(wú)源器件主要有1/2饋線、7/8饋線、功分器、耦合器及電橋等。室內(nèi)天線有吸頂天線和吸頂定向天線等。

圖2 雙路無(wú)源室分系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2.2.2 雙路無(wú)源室分的優(yōu)劣勢(shì)

雙路無(wú)源室分可以快速實(shí)現(xiàn)5G室分覆蓋。這種建設(shè)模式是在原有單路由4G室分系統(tǒng)上同路由、同天線位置安裝一套新室內(nèi)系統(tǒng)的建設(shè)模式，建設(shè)速度相比新建兩路模式在時(shí)間上縮短了一半。新舊兩套室分系統(tǒng)共同組建成雙路由的室分系統(tǒng)，可以提升5G用戶的使用體驗(yàn)。雙路無(wú)源室分有2T2R的能力，非常適合在隔斷多且有一定流量熱度的場(chǎng)景建設(shè)。比如商務(wù)樓、辦公樓等，這類場(chǎng)景一般都已經(jīng)建設(shè)4G室分系統(tǒng)，如需建設(shè)5G室分系統(tǒng)，可以參考原有4G天線布局、饋線分布等情況增建一套室分系統(tǒng)，再采用5G的射頻拉遠(yuǎn)單元進(jìn)行合路處理[5]。

在舊有室分系統(tǒng)上新增一套室分系統(tǒng)存在一定難度。因?yàn)轲伨€、無(wú)源器件及室內(nèi)天線等施工會(huì)產(chǎn)生較大噪聲，施工時(shí)間較長(zhǎng)。在商務(wù)樓、辦公樓等場(chǎng)景施工時(shí)，施工人員需要與業(yè)主進(jìn)行有效的溝通。

2.3 雙路耦合室分

2.3.1 雙路耦合室分的組網(wǎng)模式

雙路耦合室分的主要器件有無(wú)源雙路耦合器、射頻拉遠(yuǎn)單元、饋線以及無(wú)源器件以及室內(nèi)天線等，組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。雙路耦合技術(shù)通過(guò)無(wú)源雙路耦合器件實(shí)現(xiàn)，雙路耦合器為5端口器件。各端口連接方式為：兩輸入口接信源或上一樓層雙路耦合器，兩輸出口接下一樓層雙路耦合器或平層單路分布，耦合口接平層單路分布系統(tǒng)。

圖3 雙路耦合室分系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2.3.2 雙路耦合室分的優(yōu)劣勢(shì)

5G室分系統(tǒng)在隔斷多且有一定流量熱度的場(chǎng)景如商務(wù)樓、辦公樓等場(chǎng)景建設(shè)，一般采用2T2R的模式。如果在已經(jīng)建設(shè)的4G室分系統(tǒng)上增加一套室分系統(tǒng)，存在破壞原有裝修的風(fēng)險(xiǎn)，而且工期較長(zhǎng)?；诖?，可以考慮使用雙路耦合器。雙路耦合室分通過(guò)雙路主干傳送兩路信源信號(hào)，每個(gè)樓層設(shè)置一個(gè)雙路耦合器，利用該耦合器通過(guò)耦合合路方式將兩路耦合信號(hào)合路到各樓層的單路分布系統(tǒng)中。其中兩路信號(hào)經(jīng)過(guò)耦合器后耦合度相同，實(shí)現(xiàn)兩路信號(hào)的等比例合路。由于雙路耦合器內(nèi)兩輸入端口及兩輸出端口設(shè)置了隔離端口，主干各級(jí)雙路耦合器兩路輸入信號(hào)以及兩路輸出信號(hào)相互隔離，兩路主干信號(hào)經(jīng)過(guò)雙路耦合器后仍相互獨(dú)立。兩路信號(hào)耦合到各樓層后，兩路信號(hào)到各樓層所經(jīng)過(guò)的器件和電纜的性能均不相同，各樓層間的信號(hào)相互正交。雙路耦合的室分方案只需對(duì)主干進(jìn)行改造，工程量小、施工便捷、成本低。

在室分系統(tǒng)中增加的器件，每個(gè)端口都存在功率損耗問(wèn)題。雙路耦合器也是如此。在一套雙路耦合室分系統(tǒng)中，每個(gè)樓層至少要增加一個(gè)雙路耦合器。樓層越多，雙路耦合器使用越多，功率損耗越大，對(duì)末端天線的電平輸出存在影響。

2.4 移頻MIMO室分

2.4.1 移頻MIMO室分的組網(wǎng)模式

5G移頻MIMO室分系統(tǒng)是一種在原有無(wú)源室分系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行改造的解決方案。移頻MIMO室分的主要器件有信源、移頻管理單元、移頻覆蓋單元以及遠(yuǎn)端供電單元，組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。信源主要有微型射頻拉遠(yuǎn)單元和射頻拉遠(yuǎn)單元。移頻管理單元的主要功能是將3.5 GHz頻段5G射頻信號(hào)變頻后，在現(xiàn)有室分無(wú)源信號(hào)分布系統(tǒng)內(nèi)傳輸。移頻覆蓋單元的主要功能是將室分無(wú)源信號(hào)分布系統(tǒng)內(nèi)的變頻信號(hào)恢復(fù)為3.5 GHz頻段5G信號(hào)，并與饋線上的原有分布系統(tǒng)上的射頻信號(hào)進(jìn)行合路，通過(guò)內(nèi)置天線發(fā)射。供電單元的主要功能是為移頻管理單元、移頻覆蓋單元提供-48 V直流供電。

圖4 移頻MIMO室分系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2.4.2 移頻MIMO室分的優(yōu)劣勢(shì)

移頻MIMO室分系統(tǒng)通過(guò)3.5 GHz頻段5G信源移頻接入已有無(wú)源室分系統(tǒng)，維持原有的多頻合路器、功分器、耦合器及無(wú)源分布線纜不變。原有室分無(wú)源天線替換為遠(yuǎn)端機(jī)，增加近端機(jī)以及供電走線，在單纜無(wú)源室分系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)3.5 GHz頻段5G室分系統(tǒng)的MIMO覆蓋。移頻MIMO室分系統(tǒng)同樣適合在隔斷多且有一定流量熱度的場(chǎng)景建設(shè)，建設(shè)方式對(duì)原有室分系統(tǒng)改造動(dòng)較少，不用新增一套完整的室分系統(tǒng)，只需新增電源系統(tǒng)和替換原有天線，能讓舊有系統(tǒng)具備MIMO能力，具備比雙路由室分系統(tǒng)更快的建設(shè)速度。

移頻MIMO室分系統(tǒng)是有源系統(tǒng)，受到設(shè)備電源能力的限制，一個(gè)遠(yuǎn)端供電單元只能供電40個(gè)移頻覆蓋單元。在天線數(shù)量較多的場(chǎng)景，需要在多處就近尋找接電位置，這會(huì)增加一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 方案對(duì)比總結(jié)表

根據(jù)上述有源數(shù)字室分、雙路無(wú)源室分、雙路耦合室分、移頻MIMO室分的組網(wǎng)模式以及在工程建設(shè)方面的優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行方案對(duì)比，以便更直觀地進(jìn)行方案選擇，對(duì)比表將從投資、建設(shè)周期方面進(jìn)行描述，如表1所示。

表1 方案對(duì)比總結(jié)表

4 結(jié) 語(yǔ)

大規(guī)模5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本較高，本文提出了幾種4G/5G室分系統(tǒng)協(xié)同互補(bǔ)共建方案，分別從建設(shè)成本、建設(shè)難易程度以及建設(shè)周期等方面進(jìn)行詳細(xì)剖析，向垂直行業(yè)客戶提供建設(shè)成本低且運(yùn)營(yíng)支出低的5G解決方案，對(duì)5G室分系統(tǒng)的高效建設(shè)有一定的參考意義。