分布式皮基站在5G室內覆蓋中的應用與挑戰

中國移動通信集團設計院有限公司|馬穎

現網4G分布式皮飛基站可以通過改造方式支持5G NR，工程實施難度相對不高，并且可實現4×4MIMO。針對5G室內覆蓋系統高容量高價值場景，選擇分布式皮基站建設方案較為合適。

隨著移動互聯網的快速發展，數據流量近年來保持快速增長的態勢，給網絡帶來較大的壓力。根據分析，4G網絡約60%以上的業務發生在室內，預計未來5G網絡時代室內業務量的占比還將進一步提升。并且，5G網絡采用中低頻（3.5GHz、4.9GHz）、高頻毫米波段（28GHz）的信號，其空間衰減和介質損耗較大，5G NR室外覆蓋室內的深度覆蓋能力將變差。因此，5G網絡室內覆蓋效果對于客戶的良好體驗將凸顯其重要性。

5G網絡室內覆蓋使用頻率

5G網絡室內覆蓋可能使用的頻率包括3.3～3.4GHz、3.4～3.6GHz、4.8～5.0GHz、毫米波段、2G/3G/4G系統的存量頻段等。

3.3～3.4GHz已規定僅用于室內覆蓋。3.4～3.6GHz、4.8～5.0GHz將是室外覆蓋的主力頻段，如果應用于室內，還需要研究和驗證室內外同頻干擾問題。現有2G/3G/4G系統的存量頻段后續可以演進支持5G系統，但帶寬資源有限。毫米波段5G NR目前尚未有明確設備產品路標，并且其信號傳播損耗相對中低頻更大。

從目前來看，現階段5G網絡室內覆蓋主要應用的頻率將是3.3～3.4GHz，而3.4～3.6GHz、4.8～5.0GHz在室內使用的效果需要通過網絡測試來驗證分析。

5G網絡室內覆蓋建設方案分類

5G網絡室內信號覆蓋可能采取的建設方案包括室外覆蓋室內方式、傳統DAS系統、室內光纖分布系統以及分布式皮基站的建設方式。

具體分類如下。一是室外覆蓋室內方案，指輻射點天線的位置基本位于室外，采用宏蜂窩、微基站、室外光纖分布系統等方式，實現多點位、多角度的分布式立體覆蓋方案，滿足室內覆蓋需求。二是室內分布覆蓋系統，采用室內分布系統（包括傳統的單路同軸電纜方式、雙路同軸電纜方式、室內光纖分布系統），利用分布式天線點位，將信號均勻分布到建筑物各區域，實現室內覆蓋。三是室內蜂窩系統，主要采用分布式皮飛基站系統進行室內信號覆蓋。

在室外覆蓋室內方案方面，3.5GHz信號空間傳播損耗及介質穿透損耗相比Sub-3GHz頻段增大約7～8dB，因此5G網絡的3.5GHz信號室外覆蓋室內的效果將非常有限，在深度覆蓋不足的室內場景仍需要通過室內覆蓋系統彌補信號覆蓋。

圖 分布式皮基站架構

表 5G分布式皮基站與4G分布式皮基站的對比

在現網存量DAS系統方面，一般支持的頻段為800MHz～2700MHz，因此包括功分器、耦合器、合路器、天線等器件都需更換，工程改造和物業協調較為復雜，并且不方便實施多路建設，從而無法發揮NR多流技術優勢；此外，由于傳統DAS系統饋線對于3.5GHz頻段的信號傳輸衰減相比2.3GHz有所增大，如果保持與2.3GHz同點位覆蓋，需要將信源功率提升或者增加信源。因此，傳統DAS系統需要推動大功率RRU設備的產業進程，可應用于容量不高的5G室內覆蓋場景。

在光纖分布系統方面，現網光纖分布系統主要應用在室外覆蓋室內的場景，如果支持3.5GHz頻段，需要新增5G NR信源、新增接入單元AU、更換擴展單元EU、新增射頻單元RU，工程改造難度相對于傳統DAS方案小。如果用于室內覆蓋場景，需實現小功率室內天線一體化光纖分布系統，可支持4×4MIMO。

在分布式皮基站方面，現網4G分布式皮飛基站可以通過改造方式支持5G NR，采用CAT6A網線或帶電光纜，工程實施難度相對不高，并且可實現4×4MIMO，容量性能較為優異。針對5G室內覆蓋系統高容量高價值場景，選擇分布式皮基站建設方案較為合適。

分布式皮基站室內建設方案分析

分布式皮基站是一種新型的數字化基站主設備，采用三級網絡架構，由BBU（基帶單元）、RHub（集線設備）和Pico RRU（射頻遠端單元）組成。BBU與RHub之間采用光纖連接，Rhub與Pico RRU之間通過網線連接。

4G分布式皮基站發射功率一般為2×125mw，據了解5G分布式皮基站初步規劃的功率為4×125mw或4×250mw，目前還處于方案論證階段中。

按照3.5GHz頻段100MHz帶寬，5G分布式皮基站相比4G分布式皮基站20MHz帶寬有5倍的增益，另外頻譜效率考慮提升1.1～1.2倍左右，因此5G分布式皮基站相比4G分布式皮基站速率提升約有5倍以上的增益。

對比傳統DAS方式，分布式皮基站存在如下優勢：

一是分布式皮基站系統在100米以內時無需考慮距離延伸所帶來的饋線損耗，傳統DAS方式由于無源器件和饋線帶來的損耗會影響信號傳輸；

二是分布式皮基站工程實施相對方便簡捷，部署較為靈活，支持通過軟件設置小區合并或分裂，可靈活構建較大規模的分布系統，而傳統DAS布線較為繁雜，工程實施相對困難，并且擴容也需要一定的工程改造量；

三是分布式皮基站可支持4×4 MIMO，信號穩定，可適應5G eMBB業務等高容量需求，滿足5G室內視頻、VR、AR等業務需求，而傳統DAS方式一般可實施到2×2MIMO，且兩通道不平衡時會造成吞吐量下降問題；

四是分布式皮基站遠端PRRU可獨立配置、實時監控，定位及優化運維工作較為便利，而傳統DAS無法主動監控，故障定位較難實施，需要進行現場排查。

由此可見，分布式皮基站在網絡性能、工程實施、網絡容量、監控運維等方面均具有一定的優勢，非常適合高容量、高價值場景的室內覆蓋部署。

分布式皮基站挑戰重重

5G室內覆蓋采用分布式皮基站，同樣面臨一些問題和挑戰。

首先，分布式基站相比傳統DAS方式，建設造價相對較高。根據現網數據測算，4G網絡室內覆蓋建設方案中，分布式皮基站整體投資單平米造價約12元，傳統單路DAS單平米造價約4～5元，傳統雙路DAS單平米造價約8元，分布式皮基站造價是傳統單路DAS的2～3倍，是傳統雙路DAS的1.5倍。據粗略估算，5G分布式皮基站相比4G分布式皮基站造價上升約1倍，5G傳統雙路DAS分布系統器件及RRU造價提升2～3倍，5G分布式皮基站單平米造價約是傳統雙路DAS的1.5倍，是傳統單路DAS的2倍以上。可見，5G分布式皮基站相比傳統DAS方式投資成本仍較高，如果現網室內覆蓋系統全部實施分布式皮基站建設方案，所需的總體建設成本較大，會給運營商帶來較大的投資壓力，因此需分場景、分步驟實施。

其次，基于現網分布式皮基站的工程改造相對于DAS系統整體工作量和難度減小，但是仍存在物業協調、需破壞裝修等問題，需要新增或更換RHUB及prru，且需更換掉CAT5E網線，工程實施量仍不可小覷。

再次，目前規劃的5G分布式皮基站僅支持3.5GHz頻段，后續支持4.9GHz及更高頻的毫米波頻段，仍面臨再次工程改造、更換設備等問題。

最后，分布式皮基站為有源系統，遠端單元需通過網線或獨立電源方式進行供電，在供電困難、封閉潮濕的環境下使用會受限。

5G時代典型的室內業務場景包括云VR/AR、智能制造、智慧能源、無線醫療、無線家庭娛樂、個人AI輔助等，對于室內覆蓋系統提出了很高的要求。分布式皮基站相比其他建設方式可以更好的滿足高容量需求，并且工程實施相對容易、可監控可定位、擴容方便，但是建設成本相對高，無法兼容未來高頻信號。因此，分布式皮基站需要與傳統DAS、光纖分布系統、直放站等各種建設方案分場景部署，保障運營商實現5G室內覆蓋性能與成本的平衡，滿足5G室內覆蓋需求。