5G室內覆蓋解決方案研究

劉軍濤，常廣亮

（河南省信息咨詢設計研究有限公司 第二設計分公司，河南 鄭州 450008）

0 引 言

隨著5G標準的陸續發布，加速了全球5G建設的進程[1]。目前，我國已為運營商頒發5G實驗頻段。各運營商都在積極部署5G網絡，爭搶5G網絡制高點。

5G典型業務場景包括云VR/AR、車聯網、智能制造、智慧能源、無線醫療、無線家庭娛樂、聯網無人機、社交網絡、個人AI輔助、智慧城市及室內定位等[2]，其中70%的應用和業務流量都發生在室內，預計5G室內覆蓋系統的流量需求比重將進一步加大。因此，需加強5G的室內覆蓋建設。

5G使用的頻譜資源頻段較高，主要承載在頻率較高的C-Band和毫米波頻段。頻段越高，電磁波穿透能力和繞射能力越差，室外基站覆蓋室內越困難，因此5G室內將出現大量弱覆蓋區域，室內深度覆蓋需求量較大[3]。

1 5G室內覆蓋需求定位

5G標準定義了5G的三大業務場景：增強型移動寬帶場景（eMBB）、低時延高可靠場景（URLLC）及低功耗大連接場景（mMTC）。三大場景在室內應用情況如表1所示。

5G室內業務需求廣泛，室內無線網絡好壞直接影響用戶感知。因此5G室內覆蓋能力將是三大運營商網絡最核心的競爭力。

2 室內覆蓋指標要求

5G初期室內覆蓋主要考慮eMBB業務需求，滿足基本VR業務下行速率要求為100 Mb/s；室內視頻業務至少應滿足540 P，其上行速率要求為2 Mb/s，如表2所示。

表1 5G三大場景

表2 室內應用場景速率要求

VR/AR/高清視頻等5G大流量業務多發生在室內場景，5G時代室內流量需求會越來越高。當4G室分系統難以滿足eMBB類高帶寬業務要求時，需進行5G NR室分部署。

遠程醫療、智能制造及應急救援等業務對可靠性和低時延提出了更高要求，即網絡指標要求99.999%的可靠性和1 ms時延。

室內某些特定場景要求5G網絡提供平均1 m2一個連接的服務，相當于每平方公里1 000 000個連接。室內定位業務要求網絡具備1～3 m的室內定位精度。

室內覆蓋總體指標如表3所示。

表3 5G室內覆蓋指標

3 室內覆蓋建設方案分析

3.1 空間鏈路損耗

空間鏈路衰減因子模型：

其中，PL（d0）=32.44+20logd（km）+20logf（MHz），即1 m處自由空間傳播損耗；d為電磁波傳播距離；f為電磁波頻率；n為衰減因子，具體如表4所示。R為附加衰減因子，指由樓板、隔板及墻壁等引起的附加損耗。

表4 鏈路損耗衰減因子取值

我國頒發的5G試驗網頻段有2.6 GHz、3.5 GHz及4.9 GHz。以3.5 GHz頻率為例，不同材質在各頻段電磁波的穿透損耗差異較大，如表5所示。

3.5 GHz和2.3 GHz室內覆蓋空間損耗（按穿透損耗一堵磚墻估算），如表6所示。空間損耗差異約5.5 dB（含穿透損耗）。

表5 不同頻段不同墻體的穿透損耗

表6 3.5 GHz和2.3 GHz室內覆蓋空間損耗

3.2 現網傳統室內分布支持5G頻段情況

無源分布系統中的功分器、耦合器、合路器、饋線及天線等不支持5G頻段，系統改造技術不可行，成本高，且難實施。

對于合路器，現網的頻段合路器未設計3.5 GHz頻段，需更換。對于室分吸頂天線，現網常用的室分吸頂天線最高支持2.7 GHz，駐波實測數據在3.5 G頻段呈零散分布、無規律，指標超標。對于功分器、耦合器及電橋，現網無源器件產品各指標在3.4～3.6 GHz不滿足指標要求，甚至會出現器件失效的情況，如表7、表8及表9所示。

表7 3.4～3.6 GHz現網實測功分器損耗

表8 3.4～3.6 GHz現網實測3 dB電橋損耗

表9 3.4～3.6 GHz現網實測耦合器損耗

1/2饋線在3.5 GHz的傳輸損耗與2.3 GHz相比，增加3～4 dB/hm，損耗情況如表10所示。

表10 實測饋線損耗

通過分析可知，5G室內覆蓋不能通過改造現網室內分布系統來實現，同時新建無源分布系統將面臨損耗多、成本高的問題。

5G室內覆蓋指標要求網絡具有更高可靠性和更大容量。傳統室內分布系統無法監測故障，無法及時處理故障，可靠性較低。傳統室內分布系統也無法靈活調度容量，無法滿足網絡大容量需求。

因此，5G室內覆蓋需綜合考慮覆蓋指標、頻率資源及多入多出（MIMO）等，采用全新的室內覆蓋方案。

3.3 室內數字化分布式基站系統

數字化分布式基站系統是最近常用的覆蓋方式，采用分布式三級架構，由基帶單元、交換單元及射頻單元組成，如圖1所示。

圖1 數字化分布式基站系統組成圖

3.3.1 現網數字化分布式基站對5G頻率的支持情況

現有產品無法兼容；產品末端采用5類線傳輸，未來可能存在帶寬不足問題；不同設備廠商存在不兼容性。

3.3.2 分布式基站新建或改造支持5G頻率的難度

新增5G NR信源、新增或更換支持5G的交換單元及新增或更換支持5G的射頻單元，改造難度相對較小，如圖2所示。

目前，4G網絡的射頻單元和交換單元之間以網線部署為主，5G網絡需更換為CAT6A網線或光電復合纜，以支持更大的傳輸需求。MIMO實現為4×4 MIMO或更高。

3.3.3 5G室內覆蓋建設方案比較

傳統室分系統部分器件不支持，容量擴展低，建設改造難度大；數字化分布式基站支持較大容量，新建或者改造難度相對較低，施工難度較低，如表11所示。室外覆蓋室內的建設方式可分為兩種類型，宏站和小基站、光纖分布系統。室內蜂窩系統的建設方式采用分布式皮基站。

圖2 分布式基站新建或改造支持5G示意圖

表11 5G室內覆蓋建設方案比較

對于5G室內覆蓋問題，需采用高中低頻分層覆蓋策略，選擇數字化室內分布式基站系統覆蓋方案，打造一套易于監控、便宜維護、高可靠、大容量及高速率的5G網絡，并基于數字化平臺，實現智能運營。

4 結 論

5G室內覆蓋初期主要部署于高價值、高流量場景，滿足競爭、業務演示及高速業務需求，以數字化分布式基站為主，新建或改造實現5G數字化分布式基站系統覆蓋。對于5G容量需求較高且范圍較大的場景，考慮直接新建5G數字化分布式基站系統。

結合建筑物場景特點和容量要求，還可采用靈活設計射頻數量和資源配置等方式滿足業務需求。