陳永霖

摘要：文章針對(duì)室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行研究，首先闡述了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)與規(guī)劃方案，然后圍繞5G技術(shù)支持下系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)展開(kāi)了討論，包括無(wú)源室內(nèi)系統(tǒng)、有源室內(nèi)系統(tǒng)、無(wú)線綜合分布系統(tǒng)等，最后結(jié)合5G應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)室分系統(tǒng)的應(yīng)用方式與優(yōu)化措施加以闡述。事實(shí)證明，與以往室分系統(tǒng)相比，5G數(shù)字室分系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是能夠擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，二是有助于網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量與運(yùn)維效率提升，對(duì)節(jié)約運(yùn)維成本意義重大。

關(guān)鍵詞：5G技術(shù)；室內(nèi)分布系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；規(guī)劃方案

中圖分類號(hào)：中圖分類號(hào)? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文獻(xiàn)標(biāo)志碼

0 引言

在現(xiàn)代科技飛速發(fā)展的背景下，移動(dòng)通信的誕生為人們生產(chǎn)生活帶來(lái)諸多便利，特別是5G通信技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步打破空間界限，真正實(shí)現(xiàn)了人之間、物之間、人與物間的交互。與4G系統(tǒng)相比，5G系統(tǒng)的頻段相對(duì)更高，信號(hào)傳播與穿墻中的消耗隨之增加，需要注重信號(hào)合理分布與科學(xué)規(guī)劃，結(jié)合各類場(chǎng)景的應(yīng)用需求，對(duì)室內(nèi)分布系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行發(fā)揮，在增加室內(nèi)系統(tǒng)所覆蓋應(yīng)用場(chǎng)景數(shù)量的前提下，節(jié)約運(yùn)維成本投入，幫助運(yùn)營(yíng)商樹(shù)立良好的品牌形象。

1 室內(nèi)分布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

傳統(tǒng)的室內(nèi)分布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，此種結(jié)構(gòu)在安裝與維護(hù)方面難度較大，需要用到許多設(shè)備，不支持實(shí)時(shí)監(jiān)控，只有通過(guò)定期檢查、用戶投訴兩個(gè)渠道才能夠發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。人工檢測(cè)法僅適用于小型系統(tǒng)，對(duì)大型室分系統(tǒng)進(jìn)行人工檢測(cè)，不僅要投入大量時(shí)間，檢測(cè)準(zhǔn)確性也難以得到保證，人資、運(yùn)維成本自然隨之增加。

新時(shí)期，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入飛速發(fā)展階段，商業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景更加密集，機(jī)場(chǎng)航站樓、交通樞紐、大型車站均開(kāi)始引入或創(chuàng)建數(shù)字室內(nèi)系統(tǒng)。此類系統(tǒng)具有配置簡(jiǎn)單、擴(kuò)展性強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)容量大、操作和維護(hù)便利等優(yōu)點(diǎn)。以往DAS系統(tǒng)很難為新頻段提供靈活支持，且擴(kuò)容能力較弱，若不對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，將出現(xiàn)遠(yuǎn)端單元功耗增加的問(wèn)題，供電距離也會(huì)受到影響。與之相比，5G室內(nèi)分布系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)更為顯著，可使以往問(wèn)題得到有效改善，該系統(tǒng)的特點(diǎn)如下：（1）新型室內(nèi)分布系統(tǒng)與原本通信系統(tǒng)兼容，可促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的全方位部署。（2）網(wǎng)絡(luò)布局較為簡(jiǎn)單且能夠?qū)υ緩?fù)雜的部署方案、時(shí)間表進(jìn)行簡(jiǎn)化。（3）數(shù)字室內(nèi)分布系統(tǒng)擴(kuò)容更為靈活，可有效促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)容量提升，且運(yùn)維可視化水平較強(qiáng)，可在一定程度上增強(qiáng)運(yùn)維效率。（4）在網(wǎng)絡(luò)高頻段方面，以往DAS系統(tǒng)內(nèi)的無(wú)源器件、饋線無(wú)法為其提供強(qiáng)大支撐，高頻經(jīng)過(guò)饋線傳輸時(shí)損耗較高，無(wú)法準(zhǔn)確監(jiān)控器件運(yùn)行情況，只能在電梯、隧道、停車場(chǎng)等場(chǎng)景下使用。5G環(huán)境下的室內(nèi)覆蓋采用有源室分建設(shè)方式，構(gòu)建新型數(shù)字室內(nèi)分布系統(tǒng)，具有部署簡(jiǎn)單、支持可視化運(yùn)維等優(yōu)勢(shì)，可為大規(guī)模MIMO提供強(qiáng)大技術(shù)支持置［1］。

2 室內(nèi)分布系統(tǒng)的規(guī)劃方案

對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)前，先要采集真實(shí)完整的項(xiàng)目信息，明確運(yùn)營(yíng)商的具體需求，確定覆蓋區(qū)域，做好容量規(guī)劃工作，再選擇恰當(dāng)?shù)脑O(shè)備并接入對(duì)應(yīng)線路，切換點(diǎn)規(guī)劃、分析路損，得出最佳方案，如圖2所示。

2.1 項(xiàng)目信息采集

對(duì)建筑四周無(wú)線通信系統(tǒng)進(jìn)行探查，明確周圍基站的名稱、位置、容量信息等，為合理選擇覆蓋方案提供資料支持；與運(yùn)營(yíng)商、客戶進(jìn)行交流，爭(zhēng)取了解更多建筑物內(nèi)部的覆蓋要求。

2.2 明確覆蓋范圍

該階段需要完成兩項(xiàng)工作：一是充分采集站點(diǎn)信息；二是根據(jù)各區(qū)域功能進(jìn)行劃分，結(jié)合具體情況將其分成高等、中等、低等3個(gè)價(jià)值區(qū)，并制訂針對(duì)性的覆蓋方案。例如：在機(jī)場(chǎng)航班樓場(chǎng)景中，可將售票區(qū)、安檢區(qū)、候機(jī)區(qū)劃入高價(jià)值區(qū)，將商鋪、值機(jī)區(qū)、銀行自助取款機(jī)劃入中價(jià)值區(qū)，將地下室、員工休息室劃入低價(jià)值區(qū)。

2.3 容量計(jì)算

對(duì)容量估算產(chǎn)生影響的因素較多，如環(huán)境、設(shè)備性能、干擾因素等，應(yīng)利用仿真軟件進(jìn)行分析，準(zhǔn)確計(jì)算小區(qū)內(nèi)部與周圍的吞吐量，只有這樣才能使信號(hào)分布更加人性化、合理化。

2.4 設(shè)備接入

5G背景下，可利用皮基站進(jìn)行覆蓋，使單個(gè)小區(qū)吞吐量均值需求得到滿足，并計(jì)算出數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)目標(biāo)值，以該目標(biāo)為核心，選取與之相對(duì)應(yīng)的設(shè)備與接入方式。在切換點(diǎn)規(guī)劃方面，小區(qū)切換以室內(nèi)和室外為主，點(diǎn)位通常設(shè)置在建筑物入口位置，內(nèi)部切換點(diǎn)位多設(shè)置在電梯口處。室內(nèi)各個(gè)分布區(qū)均要?jiǎng)?chuàng)建信號(hào)傳播模型，對(duì)傳播路損消耗情況進(jìn)行計(jì)算。

2.5 方案制訂

以前期所采集信息為依據(jù)，制訂不同區(qū)域的覆蓋方案，選取最佳接入設(shè)備與方式，繪制安裝圖、通信系統(tǒng)圖、天線位置分布圖等，業(yè)主審核無(wú)誤后，便可正式開(kāi)始工程建設(shè)［2］。

3 5G技術(shù)背景下的室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 無(wú)源室內(nèi)系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括耦合器、功分器、饋線與天線等部分，信號(hào)源可經(jīng)過(guò)耦合器、功分器進(jìn)行分錄，將各路末端? 輸出信號(hào)調(diào)整平衡，使室內(nèi)信號(hào)分布更加均勻。該系統(tǒng)分布形式如圖3所示。此種分布形式強(qiáng)調(diào)將基站作為室內(nèi)分布的信號(hào)來(lái)源，利用功分器使信號(hào)得到均勻分配，再經(jīng)過(guò)饋線傳遞到室內(nèi)不同的收發(fā)天線中，使室內(nèi)各區(qū)域均得到有效覆蓋，出于強(qiáng)化信號(hào)傳播效果的考慮，可按照信號(hào)衰減程度增加干線放大器，此法具有成本低、安裝便利等優(yōu)勢(shì)。

3.2 有源室內(nèi)系統(tǒng)

該系統(tǒng)可依靠光纖對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行傳遞，具有配置便利、部署高效、維修便利等優(yōu)勢(shì)。皮基站多為分布式架構(gòu)，先依靠光纖將基帶與擴(kuò)展單元相連接，再利用網(wǎng)線將擴(kuò)展與遠(yuǎn)端相連接。BBU作為基帶單元，主要負(fù)責(zé)操控全部基站，通常被安裝在通信機(jī)房?jī)?nèi)，配有對(duì)環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)的設(shè)備。PRRU作為射頻單元，具有射頻信號(hào)處理的功能。工作人員可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況將其設(shè)置在不同樓層區(qū)域內(nèi)。CPRI為數(shù)據(jù)匯集單元，可在遠(yuǎn)端與基帶間進(jìn)行信號(hào)傳輸，該單元一般設(shè)置在各個(gè)樓層的設(shè)備間、弱電井內(nèi)［3］。不同的室內(nèi)應(yīng)用場(chǎng)景應(yīng)安裝與之相匹配的分布系統(tǒng)，以機(jī)場(chǎng)航站樓為例，該場(chǎng)景所適用有源分布系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)如表1所示。

3.3 無(wú)線綜合分布系統(tǒng)

3.3.1 覆蓋區(qū)設(shè)計(jì)

根據(jù)GB 9175—88對(duì)微波輻射的相關(guān)要求，天線EIRP應(yīng)低于20 dBm，在一級(jí)安全區(qū)內(nèi)，容許場(chǎng)強(qiáng)低于10 μW/cm3。對(duì)多頻混合電磁波而言，復(fù)合場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算公式如下：

Ec=E21+E22+E23+…+E2n

式中，Ec代表的是復(fù)合場(chǎng)強(qiáng)，單位為V/m；E1到En代表的是不同頻率下的場(chǎng)強(qiáng)值，單位為V/m；一般情況下，人與天線下方垂直距離要超過(guò)30cm。在R為30cm時(shí)，微波輻射的安全區(qū)內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)允許值不足10 μW/cm3。

3.3.2 容量測(cè)算

該系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅要與覆蓋要求相符，還應(yīng)符合場(chǎng)點(diǎn)容量要求。對(duì)不同場(chǎng)點(diǎn)各系統(tǒng)的話務(wù)量計(jì)算公式如下：

ErlTotal=S×N×Erls

式中，ErlTotal代表的是場(chǎng)點(diǎn)內(nèi)話務(wù)總量，N代表的是單位面積下的用戶數(shù)量，S代表的是目標(biāo)場(chǎng)點(diǎn)覆蓋面積，Erls代表的是忙時(shí)各用戶的話務(wù)量。在相同系統(tǒng)內(nèi)，由于場(chǎng)點(diǎn)數(shù)量與用戶分布狀態(tài)不盡相同，單位覆蓋面積下用戶數(shù)量通常存在較大偏差，機(jī)場(chǎng)、賓館等公共場(chǎng)所忙時(shí)話務(wù)量受用戶性質(zhì)的影響。考慮到忙時(shí)話務(wù)量不同，需要率先對(duì)目標(biāo)點(diǎn)位的話務(wù)總量進(jìn)行確定，才可使信號(hào)得到合理配置。

3.3.3 機(jī)房選擇與設(shè)備配置

在5G技術(shù)支持下，將信號(hào)源設(shè)備設(shè)置在室內(nèi)分布機(jī)房?jī)?nèi)，將AP設(shè)備、PHS基站設(shè)置在弱電井道中，全部通信系統(tǒng)共用機(jī)房，將其設(shè)置在管線出入便捷的位置，盡量與弱電井相鄰。禁止在機(jī)房周圍堆放易燃易爆物質(zhì)，做好防潮工作；機(jī)房為非電信專用房，應(yīng)綜合分析設(shè)備重量、排列形式與尺寸等，準(zhǔn)確計(jì)算樓面荷載，便于采取有效加固措施。結(jié)合YD5040-97的規(guī)定可知，PHS基站中應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的220 V交流供電系統(tǒng)，波動(dòng)范圍控制在±20%以內(nèi)。在獨(dú)立的供電系統(tǒng)內(nèi)，按照遠(yuǎn)期負(fù)荷進(jìn)行配置，保證各個(gè)有源設(shè)備均有單獨(dú)的空氣開(kāi)關(guān)，設(shè)置供電計(jì)量設(shè)備［4］。

4 5G室內(nèi)分布系統(tǒng)在大型館室中的應(yīng)用

4.1 5G應(yīng)用場(chǎng)景

現(xiàn)階段，5G應(yīng)用已滲透到人們工作、生活的方方面面，在城市商業(yè)圈、體育場(chǎng)、交通樞紐、機(jī)場(chǎng)與車站等場(chǎng)所中，受人流密度大、高移動(dòng)性、高連通性等特點(diǎn)影響，5G應(yīng)用效果往往難以達(dá)到預(yù)期，對(duì)5G室分系統(tǒng)進(jìn)行布置勢(shì)在必行。在上文所提及眾多應(yīng)用場(chǎng)景中，除高移動(dòng)性場(chǎng)景之外，剩余場(chǎng)景均為室內(nèi)場(chǎng)景，如何妥善處理室內(nèi)覆蓋與容量問(wèn)題成為關(guān)鍵所在。在通信技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)下，開(kāi)放式系統(tǒng)直接連接部署難度加大，容量增長(zhǎng)受到較大限制，嚴(yán)重阻礙了新型技術(shù)的演進(jìn)與研發(fā)，針對(duì)該情況，有關(guān)人員指出簡(jiǎn)化和集成遠(yuǎn)程射頻單元，降低部署難度，節(jié)約維護(hù)成本，采用新型組網(wǎng)方式滿足室內(nèi)覆蓋與容量需求十分必要，同時(shí)也是5G技術(shù)普及應(yīng)用的必經(jīng)之路。

4.2 優(yōu)化措施

為了促進(jìn)5G室內(nèi)分布系統(tǒng)效能的發(fā)揮，可采取以下措施對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化：一方面，強(qiáng)化運(yùn)維可視化。在5G網(wǎng)絡(luò)模式下，組網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯改變，格局變得常態(tài)化，發(fā)射末端射頻單元量明顯增加，應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)維可視化，對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。值得強(qiáng)調(diào)的是，在新型數(shù)字室分創(chuàng)建中，有源器件數(shù)量顯著增加，除特殊情況外，只需通過(guò)全面監(jiān)控的方式，便能夠保證潛在故障被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，在快速確定故障位置的前提下，對(duì)其加以解決，為可視化運(yùn)營(yíng)維護(hù)的推廣與實(shí)現(xiàn)助力［5］。另一方面，促進(jìn)系統(tǒng)升級(jí)改造。新型數(shù)字室分系統(tǒng)以光纖、網(wǎng)線信號(hào)傳輸為主，涉及的信號(hào)量極多，需要科學(xué)開(kāi)展MIMO設(shè)計(jì)。其中，2T2R為關(guān)鍵設(shè)備默認(rèn)支持頻段，研究人員可利用現(xiàn)有軟件，促使2T2R朝著4T4R轉(zhuǎn)變，或是通過(guò)引入Massive MIMO技術(shù)的方式，為4×4MIMO提供強(qiáng)大支持［6］。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，以往2G、3G和4G網(wǎng)絡(luò)單純適用于中低頻操作，外部信號(hào)的覆蓋范圍有限。5G時(shí)代，隨著數(shù)字室分系統(tǒng)的誕生與應(yīng)用，火車站、機(jī)場(chǎng)、交通樞紐等處的信號(hào)覆蓋范圍進(jìn)一步拓展，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量得到顯著提升。從整體來(lái)看，在5G技術(shù)支持下，該系統(tǒng)使傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)布局得以改變，可通過(guò)無(wú)源室內(nèi)系統(tǒng)、有源室內(nèi)系統(tǒng)、無(wú)線綜合分布系統(tǒng)的應(yīng)用，覆蓋更多的場(chǎng)景，為運(yùn)維管理提供諸多便利，在保證以往存在的網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題得到妥善解決的前提下，減少運(yùn)營(yíng)商投資金額?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是，未來(lái)，5G室分系統(tǒng)將擁有更廣闊的市場(chǎng)，圍繞該系統(tǒng)的規(guī)劃及設(shè)計(jì)展開(kāi)討論自然很有必要。

參考文獻(xiàn)

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（編輯 王永超）

Planning and design of indoor distribution system based on 5G

Chen? Yonglin

（Hainan Telecom Planning and Designing Institute Co.， Ltd.， Haikou 570203， China）

Abstract：? This paper studies the problem of indoor distribution system design， first expounds the system design characteristics and planning scheme， and then around the 5G technical support system design points are discussed， including passive indoor system， active indoor system， wireless integrated distribution system， finally combined with 5G application scenarios， the application of the room subsystem way and optimization measures. Facts have proved that compared with the previous room subsystem， the advantages of 5G digital room subsystem are mainly reflected in two aspects： one is to expand the coverage of the network， and the other is to help with the improvement of network quality and operation and maintenance efficiency， which is of great significance to save the operation and maintenance costs.

Key words： 5G technology; indoor distribution system; system design; planning scheme