5G時代室內覆蓋解決方案綜述

黃海暉 劉大洋

【摘? 要】首先分析了利用室外宏站覆蓋室內方案需考慮的相關因素，并根據鏈路預算給出了不同覆蓋要求下的站間距。其次分析了已有的皮站方案和室內分布系統解決方案如何支持5G網絡，給出網絡改造的實踐經驗。最后介紹了新型數字化室分系統的網絡架構和組網優勢，以及滿足未來5G網絡室內覆蓋需求配套升級措施。

【摘? 要】5G網絡;室內覆蓋解決方案;無源分布式天線系統;有源分布式天線系統;數字化室分

1? ?引言

4G時代，有80%的業務發生在室內。5G時代，室內場景依然是移動數據業務的主力區域。豐富的資費套餐以及海量的應用將驅動移動數據業務飛速增長。5G豐富的室內業務體驗（AR/VR等）將進一步促進室內業務的發展，預計5G業務將有85%以上發生在室內。因此，室內覆蓋的重要性將更為顯著。

為了獲取更多帶寬，室內5G引入了更高的頻段C-Band和毫米波，更高的頻率意味著更大的傳輸損耗和穿透損耗，本文將對已有的室內覆蓋方案進行分析，為后續的5G室內覆蓋解決方案提供參考。

2? ?室外宏站覆蓋室內

室外宏站覆蓋室內是解決室內覆蓋的主要方式，當前居民區的覆蓋大部分是利用室外宏站。在做5G室外宏站規劃時需要考慮室內穿透的損耗，合理地規劃站間距，以滿足5G網絡室內覆蓋的需求。傳統的鏈路預算方法估算5G網絡站間距時應針對室內覆蓋考慮相應的路徑損耗。

首先是5G頻段相對于4G頻段的空間傳播的路徑損耗差異。傳統的SPM（Standard Propagation Model）傳播模型通過參數調整可以應用于5G新頻段的傳播預測。如圖1所示，根據SPM傳播模型，相同距離下：2.6 GHz比1.8 GHz/1.9 GHz路徑損耗高4.5 dB左右;3.5 GHz比2.6 GHz路徑損耗高2.5 dB左右;4.9 GHz比3.5 GHz路徑損耗高4 dB左右。

圖1? ? 不同頻段下路徑損耗隨距離變化曲線

其次是5G頻段對于不同建筑物材質的穿透損耗不同。表1是不同建筑物外立面材質在不同頻段穿透損耗的測試結果：

很多建筑物外立面由玻璃和墻體組成，玻璃覆蓋的面積比例也影響穿透損耗。圖2根據3GPP TS 38.901給出了相應材質的穿透損耗模型，通過平均算法估算玻璃覆蓋的面積比例對穿透損耗的影響。以玻璃覆蓋面積占外立面10%為例，2.6 GHz穿透損耗比1.9 GHz高1 dB ～2 dB，3.5 GHz比2.6 GHz高1 dB左右。

通過5G宏站來滿足室內覆蓋需求時，如圖3所示，可以考慮滿足邊緣淺層室內覆蓋，也可以考慮滿足邊緣深層室內覆蓋。當只需滿足邊緣淺層室內覆蓋時，邊緣深層室內覆蓋將回落到更低頻段的4G網絡。

不同的室內覆蓋深度需求對穿透損耗的要求不同，如圖4所示：

3? ?一體化皮站

一體化皮站適合于水平覆蓋面積大且沒有隔斷的室內覆蓋場景，通過布放多個皮站來滿足整個區域的覆蓋。例如運營商的演示大廳、半封閉的體育場館等。

在布放5G一體化皮站時，一般可以和原4G站同點位布放。并在單位帶寬功率上與4G站保持一致。同時考慮到客戶體驗需求和空間傳播的損耗補償需求，應部署支持4T4R的皮站產品。

4? ?室內分布系統方案

當前主流室內分布系統主要包括無源DAS（Passive Distributed Antenna System）系統、一體化皮站+無源DAS系統、有源DAS（Active Distributed Antenna System）系統。

4.1? 無源DAS

無源DAS系統是從2G時代開始使用的室分解決方案。射頻源無線信號源通過一系列功分器、耦合器等無源器件分路，經饋線將信號分配到每一副安裝在建筑物內各個區域的低功率天線上，用于不帶任何信號放大的傳輸。多系統信號則采用合路器或POI方式，把各個系統合路在一套室分系統，形成資源共建共享。圖6為無源DAS系統架構圖。

已部署的無源DAS系統是否可以利舊支持5G，可以通過實際測試來判斷。需考慮2個測試指標。一是駐波比是否滿足要求。實際測試中可將合路器和室內分布系統斷開，然后用駐波比測試儀作為信號源接入室內分布系統，信號源頻段設置為5G室分2.6 GHz頻段，測量得到的駐波比應小于1.5。二是天線輸出功率是否滿足要求。使用駐波比測試儀分別輸出4G E頻點和5G 2.6 GHz頻點信號，在天線口處，用頻譜儀加接天線進行接收，測量并記錄接收到2個頻點功率值進行對比。根據測量到的信號功率差值可以大致判斷該無源DAS系統天線輸出功率是否滿足5G網絡要求。根據實際經驗，5G 2.6GHz的信號衰減強度比4G E頻段的衰減強度要大，兩者衰減強度的差值保持在3 dB以內是可以接受的。

影響上述測試結果的原因主要是器件老化，且器件頻段不支持5G 2.6 GHz頻段。根據廣東省某地市對室分無源DAS系統的調查，2005年之前建設的無源DAS系統占比34.4%，天線一般標稱可支持1.9 GHz頻段。2005年之后建設的無源DAS系統的天線標稱大部分可支持2.5 GHz頻段，個別可支持2.7 GHz頻段。

5G信號源設備可支持1T1R、2T2R、4T4R等配置形式。在4G室分系統改造中，無源DAS系統鋪設2路饋線后可以支持雙流傳輸。由于5G終端支持2T4R的多天線能力，如果要獲得5G網絡的峰值下載體驗，除設備按照4T4R配置外，需要再增加2路饋線，改造工程量大。

如果5G室分系統采用3.5 GHz或4.9 GHz頻點，插入損耗和饋線損耗與4G室分頻率相差過大，不建議利舊原有的無源DAS系統。

4.2? 一體化皮站+無源DAS

利用一體化皮站和無源分布式天線系統組合是解決多層室內覆蓋的常見方案。在建筑物的每層布放一個一體化皮站，利用皮站外接天線的功能接入無源DAS系統，解決每個樓層的室內覆蓋需求。皮站的不同發射端口分別外接無源DAS覆蓋不同區域，犧牲多流特性，大幅度降低成本。

已部署系統升級支持5G需要將一體化皮站替換成雙模基站，同時需評估已部署的無源DAS系統是否滿足5G需求，如不滿足需求則要替換部分無源器件。

4.3? 有源DAS

有源DAS系統是2013年左右出現的室分解決方案，也稱為光纖分布系統。

有源DAS系統由主單元（MAU）、擴展單元（MEU）和遠端單元（MRU）構成。MAU可接入不同信源的射頻信號，通過A/D轉換、數字處理后將多路信號合路，經光電轉換發射出去;經過MEU和布放的光纖網絡將信號分路到不同的MRU;MRU將不同系統的信號分離，經D/A轉換、調制后轉換回射頻信號，經天饋系統發射出去。

相對于無源DAS系統，有源DAS系統不需要鏈路預算，線纜布放簡單，可快速建網。由于是分布式架構，擴容方便。但主設備廠家一般僅提供信號源，有源DAS系統由第三方廠家提供，導致無法納入統一的網絡管理系統。后續需要第三方設備廠家支持升級并兼容5G信源信號。目前尚未有支持5G網絡的有源DAS系統。有源DAS系統架構如圖7所示：

5? ?數字化室分方案

新型數字化室分系統是近年來出現的室分解決方案，受到主設備廠家的普遍關注。主設備廠家都提出了各自的解決方案，例如華為Lampsite方案，諾基亞ASIR方案，中興QCell方案，愛立信RDS方案。新型數字化室分系統基本架構由基帶處理單元（BBU）、遠端CPRI數據匯聚單元、遠端無線單元（picoRRU）組成。BBU可與宏站使用的BBU通用。遠端CPRI數據匯聚單元負責將pRRU的CPRI數據進行分路和匯聚。pRRU實現射頻信號的處理。BBU和遠端CPRI數據匯聚單元之間通過光纖連接，遠端CPRI數據匯聚單元與pRRU之間通過網線連接。

不同廠家的數字化室分系統具備一些特色功能。例如支持多模制式，支持GSM信號或其他制式射頻信號通過多制式接入單元饋入，pRRU可集成天線或外接天線（支持單極化或多極化天線），pRRU支持級聯擴展，支持增加擴展設備提供室內定位服務等。

圖8為數字化室分網絡架構示意圖：

相對于傳統室內分布系統，新型數字化室分系統具有如下優勢：

（1）網絡架構簡單，無需鏈路預算。

（2）與宏網共網管，設備狀態、KPI和話務分布一目了然。

（3）相對于有源DAS系統，解決了上行底噪抬升的問題。

（4）靈活進行小區合并和分裂，彈性容量控制。

（5）室內外一張網，方便實現宏微協調。

（6）支持多流傳輸。

由于pRRU的價格高于室分分布天線，在樓宇需要部署的pRRU數量少的情況下，設備成本高于傳統室分系統設備價格。

目前數字化室分系統一般支持4G。相對于前述的各種室分解決方案，數字化室分系統支持5G網絡的升級最便捷。各廠家的數字化室分系統都有支持5G演進的目標計劃。通過在BBU中增加5G基帶板，在已部署的pRRU中增加5G射頻模塊和軟件升級，或級聯5G pRRU，可以方便地將原有的數字化室分系統升級到支持5G。

已部署的數字化室分系統升級支持5G，需要檢查已布放的網線類型。5G網絡一般需部署使用CAT6A網線，可支持1 Gb/s的峰值下載速率。

使用網線來給末端供電，這將給末端設備的功耗和拉遠距離都帶來限制。當前遠端CPRI數據匯聚單元與pRRU之間的距離一般不超過100 m。對于超大型建筑，可以通過連接BBU的遠端CPRI數據匯聚單元星形部署或以級聯的方式拓展覆蓋。

6? ?結束語

5G時代的室分覆蓋方案要兼顧性能和成本。一般居民區由于穿透損耗較小，仍將是通過室外宏站來覆蓋室內。一體化皮站適用于水平覆蓋面積大且無隔斷的大型場館，但建網成本高。傳統無源DAS方案具有低成本的優點，但支持5G高頻（>2.6 GHz）困難，施工不方便，且很難支持多流傳輸，影響客戶體驗，一般應用在對容量和用戶體驗要求不高的場景。一體化皮微站+無源DAS方案兼具皮微站的施工便利和無源DAS的低成本優點，解決了無源DAS方案的部分問題。新型數字化室分系統是未來室分覆蓋方案的發展趨勢，可應用于任何室分頻點，但成本較高，一般部署在大型交通樞紐、大型商場、高端寫字樓/酒店等高話務和高用戶體驗需求場景。

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