5G室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)建設(shè)方案研究

杜 勝 童 鑫

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5G室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)建設(shè)方案研究

杜 勝 童 鑫

中國通信建設(shè)集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司第三分公司，湖北 武漢 430000

隨著移動(dòng)通信飛速發(fā)展，室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋隨著業(yè)務(wù)增長逐漸成為核心業(yè)務(wù)。5G網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)需求是高移動(dòng)、高流量和高連接，以往利用室內(nèi)分布系統(tǒng)或者室外基站解決室內(nèi)覆蓋的方法已然無法滿足業(yè)務(wù)需求，高效率、多變的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方式逐步成為主流。介紹了5G覆蓋場景下應(yīng)用場景和設(shè)備的選擇和小基站引入的方式，以對5G室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)建設(shè)方案進(jìn)行研究。

5G；室內(nèi)覆蓋；小基站

1 5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景

5G主要應(yīng)用在用戶工作和居住的場所等，特別是城市中心地區(qū)。這些場景的特征是高連接、高移動(dòng)和高流量。根據(jù)預(yù)測，70%的移動(dòng)業(yè)務(wù)流量都在室內(nèi)產(chǎn)生，因此全力解決室內(nèi)覆蓋與容量的問題勢在必行。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，用戶的要求也在不斷提高，但是分布式天線系統(tǒng)容量上升能力有限，部署難。使用新技術(shù)可以提高部署的靈活性，用新型組網(wǎng)方式解決容量與覆蓋問題是實(shí)現(xiàn)5G的必要途徑。

2 5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋方案設(shè)計(jì)

2.1 5G 室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)原則

5G室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)應(yīng)依據(jù)5G業(yè)務(wù)需求和技術(shù)發(fā)展形勢，在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中接入具有靈活性和拓展能力的新型移動(dòng)業(yè)務(wù)，按照設(shè)備能力、業(yè)務(wù)性能需求以及用戶要求，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源配置以及網(wǎng)絡(luò)功能的靈活布置。與此同時(shí)，也要顧及網(wǎng)絡(luò)的成本投入和能源消耗。5G室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)應(yīng)遵照以下原則。

第一，智能：實(shí)現(xiàn)承載資源和控制分割，支持網(wǎng)絡(luò)不受控制而獨(dú)立運(yùn)行。基于集中控制功能，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)智能管理。

第二，靈活：不困囿于傳統(tǒng)組網(wǎng)設(shè)計(jì)方案，采用新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同場景條件的靈活部署。

第三，高效率：綜合考慮運(yùn)輸成本和部署成本。

2.2 5G室內(nèi)覆蓋方案

5G室內(nèi)覆蓋方案有室外站覆蓋、室內(nèi)分布系統(tǒng)和Small Cell（小基站）覆蓋三種。

2.2.1 室外站覆蓋

室外站覆蓋把室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的信號來源設(shè)定為室外站，在市郊非熱點(diǎn)區(qū)域普遍使用。直放站在室外站容量足夠的前提下，通過直放站在室內(nèi)覆蓋盲區(qū)引入室外站信號。室外站覆蓋方案是通過增設(shè)室外站來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)覆蓋的，但是改變現(xiàn)有網(wǎng)室外站部署會(huì)對網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和維護(hù)工作造成消極影響，所以不支持使用增加室外站來解決室內(nèi)覆蓋問題[1-2]。

2.2.2 室內(nèi)分布系統(tǒng)

室內(nèi)分布系統(tǒng)是改進(jìn)室內(nèi)移動(dòng)通信環(huán)境的一種方法。通過天線把移動(dòng)信號平均部署到室內(nèi)的角落，繼而確保室內(nèi)區(qū)域覆蓋完全。盡管室內(nèi)分布系統(tǒng)可以改進(jìn)室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，不過建設(shè)條件嚴(yán)格、成本高、回收成本難度大，傳統(tǒng)室內(nèi)分布建筑量隨著通信技術(shù)進(jìn)步將會(huì)大量下降[3]。

2.2.3 Small Cell覆蓋

通過在室內(nèi)或者室外增加Small Cell，讓信號覆蓋完全，而且能夠吸收更多的熱點(diǎn)數(shù)據(jù)流量。與室內(nèi)分布系統(tǒng)和室外站覆蓋兩種方法對比，Small Cell設(shè)備集成度高，選址靈活，可以滿足室內(nèi)覆蓋和容量的要求。在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)早期，對Small Cell的需求不會(huì)如同火山般爆發(fā)式上升，如今國內(nèi)主流設(shè)備廠商提供的設(shè)備跟傳統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)有著一樣的覆蓋能力，而價(jià)格是傳統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)的1.25～1.3倍。不過，Small Cell設(shè)備隨著網(wǎng)絡(luò)覆蓋和容量需求的持續(xù)上漲，會(huì)產(chǎn)生大量需求，而設(shè)備的成本也會(huì)隨著規(guī)模擴(kuò)大而減少[4]。

所以要解決室內(nèi)覆蓋和容量問題，便需要考慮網(wǎng)絡(luò)狀況和運(yùn)營商決策等要素。相比較而言，Small Cell方案具有靈活、成本低、有效的特征。在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)代，采用這種方式解決室內(nèi)覆蓋方案是最合適的。

2.3 5GSmall Cell覆蓋方案

2.3.1 Small Cell的引入

Small Cell是一種對傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)填充和改進(jìn)的智能化技術(shù)，是功率低集成的無線接入點(diǎn)。Small Cell在3G時(shí)代，很多時(shí)候被當(dāng)作分流技術(shù)。在4G網(wǎng)絡(luò)部署里引入異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)HetNet，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)由Small Cell和蜂窩網(wǎng)一起組成。Small Cell承擔(dān)著室內(nèi)重度覆蓋以及提升容量的任務(wù)，還有指定區(qū)域的補(bǔ)漏覆蓋任務(wù)。

室內(nèi)熱點(diǎn)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)覆蓋隨著互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展以及智能手機(jī)廣泛應(yīng)用，遇到了空前的挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)快速上漲，傳統(tǒng)的室外站和室內(nèi)分布組網(wǎng)模型已無法滿足業(yè)務(wù)的需求。Small Cell的特點(diǎn)是貼近用戶、部署靈活、體積小、功率低，所以能夠解決熱點(diǎn)區(qū)域服務(wù)質(zhì)量問題以及提高網(wǎng)絡(luò)性能，將會(huì)成為解決一個(gè)網(wǎng)絡(luò)底層覆蓋的重要方法。

2.3.2 Small Cell的應(yīng)用場景

Small Cell的概念追溯最早是為了解決室內(nèi)信號覆蓋問題而提出的。從最早的家庭用家庭式小基站一直發(fā)展到如今多場景應(yīng)用多解決方案的復(fù)合形式，展現(xiàn)了Small Cell的良好發(fā)展趨勢。為了解決將來流量業(yè)務(wù)的井噴式增長，Small Cell技術(shù)已進(jìn)入正式化時(shí)期。按照Small Cell室內(nèi)覆蓋應(yīng)用場景可以分為兩種形態(tài)。

一是Femto Cell。在比較封閉的室內(nèi)場景應(yīng)用，例如寫字樓、宿舍樓和酒店等，以保證覆蓋效果并解決室外站室內(nèi)覆蓋難的問題。在建筑物密集的領(lǐng)域，無線規(guī)劃便成為攔路虎，提高室外站功率也無法解決這個(gè)問題。國內(nèi)將來5G的工作頻譜大部分位于更高的頻段，穿透耗損愈漸顯著，F(xiàn)emto Cell則能夠很好地解決以上的問題。

Femto Cell的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)是解決室內(nèi)覆蓋問題。一個(gè)Femto Cell在實(shí)際應(yīng)用中能夠解決10萬頻率的服務(wù)覆蓋問題，與此同時(shí)也能起到分流數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的作用，以減輕室外站負(fù)荷。

二是Pico Cell。在商場、交通樞紐、大型場館等廣闊空曠的室內(nèi)場景應(yīng)用，一般Pico Cell的發(fā)射頻率為0.1～5?W，覆蓋半徑100?m。與個(gè)人或者家庭使用的Femto Cell不同，Pico Cell能夠?yàn)檎推髽I(yè)的客戶提供運(yùn)營商級別的覆蓋。從技術(shù)上來說Pico Cell支持包括電口和光口的不同回傳形式，能夠解決“最后一公里”的難題，做到隨時(shí)使用。Pico Cell的特點(diǎn)是外形美觀、功能好、占據(jù)空間小，降低了運(yùn)營商的建設(shè)維護(hù)成本[5]。

2.3.3 Small Cell的設(shè)備選取

Femto Cell覆蓋范圍小、功率低，能夠?yàn)橛脩籼峁└咚俸透哔|(zhì)量的通信服務(wù)，配置能力強(qiáng)，是覆蓋方案的首選。Small Cell便是它的升級版。Pico Cell是低功率緊湊型的小基站設(shè)備，常用于公共場所區(qū)域，因?yàn)楦采w能力范圍大的緣故，也可以在室外部署。

3 結(jié)論

5G新技術(shù)有Small Cell和室外站等技術(shù)，但不夠成熟。現(xiàn)階段，待新技術(shù)完全成熟和標(biāo)準(zhǔn)制定后，5G室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的建設(shè)方式才能有最終結(jié)論。

[1]朱晨鳴. 5G：2020后的移動(dòng)通信[M]. 北京：人民郵電出版社，2016.

[2]劉光毅. 5G移動(dòng)通信系統(tǒng)：從演進(jìn)到革命[M]. 北京：人民郵電出版社，2016.

[3]楊峰義. 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2017.

[4]王曉飛，陳岳兵，張希. 基于免疫克隆選擇的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)頻譜分配研究[J]. 電子與信息學(xué)報(bào)，2011（7）：41-47.

[5]陳賡，夏瑋瑋，沈連豐. 基于多門限預(yù)留機(jī)制的自適應(yīng)帶寬分配算法[J]. 通信學(xué)報(bào)，2014（12）：82-92.

Research on Construction Scheme of 5G Indoor Coverage System

Du Sheng Tong Xin

The Third Branch of China International Telecommunication Construction Corporation Design Institute Co., Ltd.,Hubei Wuhan 430000

With the rapid development of mobile communication, indoor wireless network coverage has gradually become a core business with business growth. The service demand of 5G network is high mobility, high traffic and high connection. In the past, the method of using indoor distribution system or outdoor base station to solve indoor coverage has been unable to meet its business needs, and the high-efficiency and changeable network construction method has gradually become the mainstream. The application scenarios and equipment selection and the introduction of small base stations in the 5G coverage scenario are introduced to study the 5G indoor coverage system construction plan.

5G; indoor coverage; small base station

TN929.5

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