［繆子暉 黃澤波 賈曉光］

1 引言

隨著室內(nèi)用戶規(guī)模的增加及室內(nèi)業(yè)務(wù)的快速增長，住宅等中小型場景的5G 室內(nèi)覆蓋需求更加急迫。而過去運(yùn)營商一般分別單獨(dú)規(guī)劃與建設(shè)無線和有線接入，因此運(yùn)營商通常需要重復(fù)協(xié)調(diào)入場和多專業(yè)的反復(fù)建設(shè)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)施工難度大，部署效率低下。為提升運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)效率，本文結(jié)合中低容量室內(nèi)場景，提出了一種基于擴(kuò)展型皮基站的5G 和家寬融合解決方案，可復(fù)用同一纖芯實現(xiàn)5G 與家寬的同時接入，大大提升網(wǎng)絡(luò)建設(shè)效率和節(jié)省建設(shè)成本。

2 當(dāng)前運(yùn)營商室內(nèi)覆蓋建設(shè)的特點(diǎn)與存在問題

5G 模組技術(shù)逐漸成熟，其價格逐漸下降，這帶來了5G 終端連接數(shù)的爆發(fā)式增長。數(shù)據(jù)表明，5G 終端連接數(shù)達(dá)到了3.65 億，并且繼續(xù)高速增長，這意味著5G 基站建設(shè)持續(xù)推進(jìn)。根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，盡管5G 宏基站已經(jīng)基本實現(xiàn)5G 信號的室外廣度連片覆蓋，但室內(nèi)的深度覆蓋仍存在巨大的發(fā)展空間。從廣度覆蓋推進(jìn)到深度覆蓋，才能滿足爆炸式增長的5G 終端連接數(shù)的應(yīng)用需求[1]。

考慮業(yè)主或物業(yè)提出的美觀要求，運(yùn)營商在部署5G室內(nèi)覆蓋天線等設(shè)備時往往會碰到物業(yè)協(xié)調(diào)和施工受阻等難題，除了如商場、場館等大型開放場景，室內(nèi)分布系統(tǒng)天線大部分只能部署在走廊區(qū)域，無法深入房間。根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，我國家寬普及率已達(dá)到96%。若能夠復(fù)用已有的入戶光纖資源，通過更換原有的無線路由器，實現(xiàn)5G和家寬信號的同時輸出，既可實現(xiàn)有效解決管道光纖資源匱乏、天線施工不美觀、信號無法入戶等問題，也可提升投資效益，達(dá)成降本增效目標(biāo)。

3 擴(kuò)展型皮基站的5G 和家寬融合解決方案

采用擴(kuò)展型皮基站是用于室內(nèi)覆蓋的一種相對成熟的解決方案，其需要新增基帶單元、交換單元和射頻單元，通常情況下基帶單元與交換單元之間采用光纖連接，交換單元和射頻單元之間采用網(wǎng)線連接，施工改造難度不高，成本中等[2]。由于支持的連接用戶數(shù)稍低，對比其建設(shè)成本，擴(kuò)展型皮基站更適用于中低容量中小型場景的室內(nèi)覆蓋。針對此類中小型場景，運(yùn)營商通常將要部署或者已經(jīng)部署了光纖資源，因此，若能夠充分利用已有的入戶光纖資源，將5G 和家寬信號復(fù)用到同根光纖中傳輸，將射頻單元同時集成5G、ONU 和無線路由器等功能，將能實現(xiàn)無線和家寬信號同時入戶。我國現(xiàn)在較高的光纖入戶普及率，那么可以通過復(fù)用光纖，來為基于擴(kuò)展型皮基站建設(shè)5G 信號的室內(nèi)覆蓋提供了極大的便利[3]。

O-RAN 的系統(tǒng)架構(gòu)及定義指出，擴(kuò)展型皮基站是未來實現(xiàn)運(yùn)營商白盒化發(fā)展的重要形式及通用硬件。擴(kuò)展型皮基站復(fù)用PON 網(wǎng)絡(luò)的這種實現(xiàn)回傳方式，可實現(xiàn)5G 靈活快速建網(wǎng)，縮短建設(shè)施工周期[4]。結(jié)合運(yùn)營商目前的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，為解決5G 規(guī)劃部署過程中遇到的種種問題，本文探討并提出了一種基于擴(kuò)展型皮基站的5G 和家寬融合解決方案。

3.1 基本原理

本文所述的5G 和家寬融合解決方案，是基于對擴(kuò)展型皮基站（包括基帶單元、交換單元和射頻單元三級架構(gòu)）的改進(jìn)[5]。如圖1 所示，基帶單元BU 安裝在OLT 機(jī)房內(nèi)，交換單元EU 安裝于分光器弱電間內(nèi)，用戶家中的光貓?zhí)鎿Q為一個融合ONU、WIFI 和IPTV 功能的5G 射頻頭端RU。另外，在原EU 單元上增加一個PON 信號合路點(diǎn)，使入戶光纖同時能夠傳輸5G 信號和家寬。在家庭端處增加一個RU 單元，這個RU 單元即為集成ONU、5G、WIFI、IPTV 等功能的5G 射頻頭端。這種架構(gòu)的改進(jìn)，可以實現(xiàn)5G 信號和家寬的傳輸和發(fā)射。這種技術(shù)改進(jìn)方法無須新增或改動光纖。

圖1 基于擴(kuò)展型皮基站的融合改造原理框圖

3.2 系統(tǒng)方案設(shè)計

基于上述對擴(kuò)展型皮基站的融合改造原理，結(jié)合GPON 鏈路的特點(diǎn)，以及現(xiàn)有的家寬等有線資源的現(xiàn)狀，提出一種新的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計方案。該方案能夠在不改變現(xiàn)有GPON 網(wǎng)絡(luò)的情況下，將RU 部署到家庭等中小型場景中，可以實現(xiàn)5G 信號和家寬等已有部署的光纖信號共用1 根光纖輸出。具體網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案如圖2 所示。

圖2 5G 和家寬融合改造方案設(shè)計圖

為了進(jìn)一步闡述圖2 中的系統(tǒng)方案具體設(shè)計，結(jié)合上述基本原理，對方案作以下詳述。首先，在傳輸機(jī)房中建立5G BU 基站，5G BU 基站接入5G 核心網(wǎng)和寬帶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)光纖，5G BU 基站分別對5G 業(yè)務(wù)和寬帶業(yè)務(wù)分別處理后重新組幀與分布式下一級設(shè)備EU 進(jìn)行通信。5G 設(shè)備采用option7-2 架構(gòu)，5G BU 與分布式下一級設(shè)備EU 通信使用光纖以太網(wǎng)協(xié)議，每個5G BU 有4 個光口，可以帶4個5G 雙通道小區(qū)。通過光纖將5G 和寬帶業(yè)務(wù)拉遠(yuǎn)傳輸?shù)叫枰?G 覆蓋的小區(qū)，在進(jìn)入戶的豎井或弱電井中增加光寬5G 融合擴(kuò)展設(shè)備EU。每個EU 有12 個向下分發(fā)的光口，其中1 個光口可以作為級聯(lián)光口，可以向下再級聯(lián)一級EU，這樣一個BU 最大可以接入92 個入戶RU 設(shè)備。

該方案可以實現(xiàn)同一根入戶光纖同時為家庭提供5G無線信號和家庭寬帶等有線業(yè)務(wù)。該方案的亮點(diǎn)在于5G信號和光寬信號采用合波方式，RU 融合5G 和ONU、IPTV、WiFi 功能。此外，在硬件設(shè)計上，BU 采用標(biāo)準(zhǔn)1U 服務(wù)器結(jié)構(gòu)，可安裝在室內(nèi)或有防護(hù)能力的室外機(jī)柜中。EU 是一個標(biāo)準(zhǔn)的19 英寸寬、1U 高版本的小型化盒式設(shè)備，可安裝在室內(nèi)、弱電井或有防護(hù)能力的室外機(jī)柜中。而RU 采用模塊化結(jié)構(gòu)，對外接口簡潔，指示燈集中在正面，可擺放在室內(nèi)。

3.3 系統(tǒng)設(shè)計性能驗證

3.3.1 現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)方案設(shè)計

為了驗證系統(tǒng)設(shè)計的性能表現(xiàn)，本方案于2021 年12月于深圳市福田區(qū)嘉洲富苑試點(diǎn)應(yīng)用。基于現(xiàn)有家庭寬帶系統(tǒng)，增加BU、EU 設(shè)備。其中，BU 設(shè)備安裝于B3F 機(jī)房，EU 設(shè)備安裝與13F 弱電井，并用融合WIFI、ONU和IPTV 的5G RU 設(shè)備替換原光貓設(shè)備。該試點(diǎn)處的系統(tǒng)改造施工原理圖如圖3 所示。

圖3 試點(diǎn)應(yīng)用實地改造施工原理圖

3.3.2 試點(diǎn)測試情況

改造前后相關(guān)信號強(qiáng)弱對比如圖4、圖5 所示。5G RU設(shè)備安裝點(diǎn)位于客廳，系原室內(nèi)覆蓋最弱區(qū)域。在升級改造前，室內(nèi)5G 覆蓋偏弱，存在宏站干擾，且部分區(qū)域存在覆蓋效果較差，并存在盲區(qū)?，F(xiàn)網(wǎng)升級改造后，新的系統(tǒng)設(shè)計方案能夠使室內(nèi)5G 覆蓋RSRP 由平均-95 dBm提升為平均-80 dBm 左右，且SINR 均在24 左右，并使得綜合覆率達(dá)到100%，覆蓋效果良好，特別是原室內(nèi)覆蓋最弱的客廳區(qū)域的信號情況有了極大改善。室內(nèi)下載速率平均提升31.03%，上傳速率平均提升34.43%，速率提升效果顯著。EPSFB 語音總體感知良好，室內(nèi)外切換測試正常。

圖4 改造試點(diǎn)前后信號強(qiáng)度打點(diǎn)圖

圖5 試點(diǎn)各房間改造前后信號強(qiáng)度對比

此外，經(jīng)調(diào)試，在進(jìn)行改造升級后，家庭寬帶等功能可正常使用，對正常原有業(yè)務(wù)無影響。WIFI 功能經(jīng)測試正常，通過在近點(diǎn)位與遠(yuǎn)點(diǎn)位分別測試，測得改造后近點(diǎn)位WIFI 場強(qiáng)-32 dBm，遠(yuǎn)點(diǎn)位WIFI 場強(qiáng)-48 dBm，與改造前近點(diǎn)位WIFI 場強(qiáng)-31 dBm，遠(yuǎn)點(diǎn)位WIFI 場強(qiáng)-48 dBm，改造前后近乎無差別。IPTV 功能正常，經(jīng)測試，連續(xù)3 小時播放電視直播節(jié)目，無卡頓。結(jié)合室內(nèi)場景的房屋結(jié)構(gòu)及用戶通常的使用習(xí)慣，此處的“近點(diǎn)位”為距離RU 單元直視可見、且相距2 到3 m 的范圍，在本次試點(diǎn)測試中，為此試點(diǎn)安裝RU 設(shè)備的客廳；“遠(yuǎn)點(diǎn)位”為距離RU 單元直視不可見（如隔墻）、且相距3 到5 m 的范圍，在本次試點(diǎn)測試中，為靠近客廳的房間，即“房間1”（如圖4，圖5 所示）。

如表1 所示，系改造升級前后的有關(guān)指標(biāo)對比，含無線、WIFI、IPTV 等指標(biāo)。

表1 改造升級前后的有關(guān)指標(biāo)對比

3.4 方案試點(diǎn)測試結(jié)果分析

在深圳市福田區(qū)嘉洲富苑的現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)測試，充分驗證了該方案的技術(shù)優(yōu)勢。首先，本方案可實現(xiàn)有線無線的協(xié)同規(guī)劃建設(shè)，一次進(jìn)場實現(xiàn)5G 和家寬網(wǎng)絡(luò)的開通，還可以將ONU、無線路由器、IPTV 盒子和無線設(shè)備集成在一起，減少家庭場景的設(shè)備類型和數(shù)量，便于設(shè)備管理。其次，通過現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)的信號強(qiáng)度測試前后對比，不難發(fā)現(xiàn)，有家寬但手機(jī)信號弱的存量樓宇場景，通過改造，在弱覆蓋區(qū)域新增5G RU，即可顯著提升5G 信號強(qiáng)度。但由于5G RU 為小信號覆蓋，從試點(diǎn)的3 個房間的信號強(qiáng)度的提升幅度中可以發(fā)現(xiàn)，信號存在明顯的穿墻損耗，因此本方案主要適用于住宅與部分中小型場所的室內(nèi)5G 信號提升。

3.5 使用場景建議

本方案于深圳市住宅場景的試點(diǎn)，完成了方案設(shè)計、現(xiàn)網(wǎng)施工及測試。測試5G 無線、WIFI 和IPTV 等各項指標(biāo)均滿足預(yù)期，并取得良好效果。后續(xù)可廣泛適用于中低容量室內(nèi)場景的信號覆蓋，譬如家庭住宅、臨街商鋪、超市、小型寫字樓；或用作美容、酒吧、健康中心、麻將館、茶莊、KTV、電影院、三星級以下酒店、賓館等餐飲娛樂場所室內(nèi)信號覆蓋提升。

4 結(jié)束語

基于擴(kuò)展型皮基站的5G 和家寬融合解決方案，通過復(fù)用一根入戶光纖，實現(xiàn)有線無線的有機(jī)協(xié)同。此方案有利于有線無線同步規(guī)劃和同步建設(shè)，避免二次施工，減少物業(yè)協(xié)調(diào)難度，降低網(wǎng)絡(luò)施工阻力，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)快速部署，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)投資和建設(shè)時間，大大提升了建網(wǎng)效率。

在傳統(tǒng)家庭網(wǎng)絡(luò)中，產(chǎn)品類型多、管理難度大，家庭室內(nèi)存在ONU、無線路由器、IPTV 盒子、無線主設(shè)備和天線等多種設(shè)備，故障點(diǎn)多，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維和管理難度較大?；趯U(kuò)展型皮基站的5G 和家寬融合解決方案，能夠?qū)⒍喾N設(shè)備集成在一起，減少家庭場景的設(shè)備類型和數(shù)量，便于設(shè)備管理智慧家庭業(yè)務(wù)的快速推廣。未來還可以考慮對方案進(jìn)行一步迭代升級，在5G RU 端加入智慧家庭網(wǎng)關(guān)功能，利用5G 高安全性、本地分流和邊緣計算特點(diǎn)，提高家庭數(shù)據(jù)安全性，減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸壓力。