室內分布系統面向5G演進方案探討

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1 引言

據預測，未來70%的移動數據流量將發生在室內，室內覆蓋一直是運營商網絡發展的重點。隨著5G時代的到來，VR、AR、云桌面等新業務的普通應用，將對室內網絡覆蓋的速率和質量提出更高的要求。

據統計，三大運營商目前現有室內分布系統數量已經超過50萬套，這些存量室內分布系統80%以上采用傳統的無源分布系統方案建設，在未來面向5G演進中將存在諸多問題，在即將到來的5G時代，如何在保護既有投資的前提下，經濟快速的使室內分布系統從4G演進到5G成為一個值得探討的問題。

2 5G頻段分配情況

截止到2019年2月，5G標準R15版本中Main drop已經凍結，Late drop也將在2019年6月凍結。

3GPP標準中規定5G可用頻譜資源可以分為兩個部分：頻段一為Sub6G頻段（450MHz-6000MHz），也就是通常所說的低頻頻段，是5G的主用頻段，國際上主要使用3.5GHz頻段，也有少部分國家使用2.6GHz、4.9GHz頻段，此頻段將是未來5G建設室外宏站和室內分布系統的主要頻段；頻段二為毫米波頻段（24250MHz-52600MHz），也就是通常所說的高頻頻段，為5G的擴展頻段，此頻段將用于未來5G建設微小基站吸收熱點區域數據流量所用。

在我國，根據5G試驗網頻段使用情況和工信部關于5G頻段分配使用的相關政策，預計中國移動將獲得2.6GHz、4.9GHz頻段，中國電信與聯通將獲得3.5GHz頻段分別用于5G網絡建設。

3 5G室內MIMO技術分析

大規模MIMO是5G關鍵技術之一，收發兩端配置多根天線，特別是在基站側配置大量天線單元，獲得空間自由度，既能實現小區內空間復用，也能實現小區間干擾抑制提高頻譜效率和能量效率，從而實現系統容量的提升。

從4G到5G，發射端支持的流數從2流、4流、8流增加到16流、24流，接收端支持的流數從1流、2流增加到4流、8流。

在室內分布系統中，一方面由于單面室內天線需求覆蓋范圍較小，信號覆蓋良好，另外大規模MIMO天線尺寸太大，工程建設不具備可實施性，4G室內一般使用單流或者雙流進行建設，在5G階段為了更好的發揮MIMO技術的優勢，一般選擇采用雙流（2T2R）、四流（4T4R）方式進行建設，在高容量場景，優先使用四流方式進行建設。（見表1）

表1 雙流/四流上下行峰值速率對比表

傳統的DAS使用饋線，施工部署難度較大，不考慮使用四流方式進行建設。雙流的DAS由于存在饋線損耗，上行比DIS差5～6dB，導致上行峰值速率遠小于DIS。DIS系統中，四流相比雙流，上下行峰值速率均有較大的增益。

4 傳統室分演進分析

傳統的室內分布系統由天線、饋線、合路器、耦合器等無源器件組成，這些器件一般能支持到700-2700MHz。

從表2可知，對于2.6GHz頻段，現有室內分布系統的無源器件均能支持，但是對于3.5GHz頻段，耦合器、功分器性能惡化嚴重，饋線損耗增大。

傳統的室內分布系統具有產業鏈成熟、組網成本低、故障率低等優點，但對于未來新業務的需求，具有如下缺點：

●可監控性差：無源器件均不可進行實時監控，人力故障排除成本高；

●不支持室內定位：無源室分天線不可區分位置信息；

●擴容能力有限：僅能通過增加載波方式進行擴容，無法滿足高容量場景擴容需求。

對于傳統室內分布系統，如果使用2.6GHz頻段，現有的無源器件基本可以支持，5G可以采用直接合路的方式支持，或者在原來單流分布系統的基礎上新建一路支持雙流，然后再合路5G信源。

在一些有定位需求的場景，可以通過改造現有的合路器、功分器、耦合器等使之具有通直流能力，室分天線新增藍牙有源模塊，信源側新增并合路藍牙網關，藍牙網關通過具有直流饋線能力的無源器件，為室分天線提供直流供電，從而使傳統的DAS支持定位與監控功能，這種DAS又稱為Smart DAS。

但是如果采用3.5GHz頻段，現有的無源器件不支持，傳統DAS不支持平滑演進到5G。

5 新型室分建設分析

分布式皮飛站，是一種新型的室內分布系統，其組成結構如圖1。

表2 無源器件頻段支持情況表

圖1 分布式皮飛站組成結構圖

分布式皮飛站采用BBU、HUB、pRRU三級架構組網，是一種有源系統，相比傳統DAS，使用光纖/網線替換饋線，利用樓宇的綜合布線系統，簡單快速部署。pRRU是小功率RRU設備，可根據情況進行小區合并和裂分，可以靈活的解決覆蓋與容量的矛盾問題。BBU、RHUB、pRRU均為有源設備，可以實現監控網管化，并且提供pRRU級位置定位能力。

分布式皮飛站不受頻率使用的限制，2.6/3.5GHz甚至毫米波均可支持。

分布式皮飛站自2013年推出已來，已經在不少4G站點進行了部署。運營商的4G室分系統一般部署在2.1/2.3GHz，鏈路與穿透損耗優于5G的2.6/3.5GHz 3-8dB增益，但是5G在MIMO、空口效率、干擾余量等方面較4G有9-10dB的總增益，故對于已經部署了分布式皮飛站的室分系統，4/5G可以同點位同覆蓋。

對于4G已經建設了DIS的室分系統，可以通過疊加5G單模pRRU或者將4G單模pRRU更換為4/5G雙模pRRU來平滑演進到5G。

分布式皮飛站使用光纖/網線，節省了饋線損耗，單點位覆蓋能力比DAS高6dB，比較適合使用在空曠、隔斷較少的場景，對于隔斷較多的場景，不宜發揮出此技術優勢，為此演變出了分布式皮飛站+Smart DAS混合方案。（如圖2所示）

pRRU內置合分路器，支持1分4SISO或1分2 MIMO靈活組網，有效減少pRRU數量，大幅降低端到端落地成本，無源室內天線內置藍牙信標，支持E2E可管可控和定位功能，可以用于辦公室、酒店等多隔斷覆蓋場景。

圖2 分布式皮飛站+Smart DAS混合方案組網圖

圖3 拓展型皮飛（左）與分布式皮飛（右）結構對比圖

分布式皮飛站相比DAS造價高很多，為了降低造價，產生了拓展型皮飛站。（如圖3所示）

拓展型皮飛站與分布式皮飛站架構一致，其基帶單元由通用x86服務器平臺代替專用芯片，具有低成本優勢，其支持的小區分裂數低于分布式皮基站，基帶單元處理復雜度低，主要應用于2萬平米以內的低成本室內覆蓋解決方案。

拓展型皮飛站也可以與Smart DAS結合，采用拓展型皮飛站+Smart DAS的混合方案，進一步降低成本，拓展適用的室內場景。

6 各種技術應用分析

5G的室分解決方案可以歸納為傳統DAS、Smart DAS、分布式皮飛站、拓展型皮飛站、分布式皮飛站+Smart DAS、拓展型皮飛站+ Smart DAS六種，各種技術的對比分析情況如表3。

六種解決方案中，除了傳統DAS為無源系統外，其余的五種均為有源系統，無源系統向有源系統演進，是5G室分系統的發展方向。

傳統DAS演進路線為智能化，支持運維可視化和精確定位。

數字室分演進路線為采用融合組網的低成本方案，同時兼具精確定位和大數據能力。將部分pRRU替換為Smart DAS天線，可以節約建網成本約30%～45%。

拓展型皮飛站建網成本是分布式皮飛站的60%，

分布式皮飛站支持4T4R、小區分裂擴容等高性能，建設成本較高，適合用于體育場館、交通樞紐、校園、高端寫字樓、五星級酒店等高價值高容量場景。

表3 各種室分技術對比分析表

拓展型皮飛站、分布式皮飛站/拓展型皮飛站+Smart DAS建設成本相對適中，適合用于商場、醫院等中等價值場景，其中分布式皮飛站/拓展型皮飛站+Smart DAS混合組網方式對于隔斷較多的場景具有較好的覆蓋效果。

傳統DAS、Smart DAS建設成本最低，但是不支持小區分裂擴容、大數據能力，適合用于居民小區等低價值場景。

不同場景下5G室內分布系統的建設可以參考如下方式進行：（如圖4所示）

為了保護既有投資，存量室分優先利舊改造，如果不具備利舊改造條件，則同新建場景一樣，部署數字室分或混合組網室分。

7 總結

圖4 不同場景下5G室分建設思路

未來的5G室內分布系統中傳統DAS、Smart DAS、分布式皮飛站、拓展型皮飛站、分布式皮飛站+Smart DAS、拓展型皮飛站+ Smart DAS將會共同存在。每種技術方案都有其不同的特點，在選擇技術方案的時候需要綜合考慮存量利舊、頻段、容量需求、業務需求、建筑物結構、建設成本等因素。（見表4）

表4 英文縮略語