5G室內深度覆蓋分析與探討

林椿皓

(廣東南方電信規劃咨詢設計院有限公司，廣東 汕頭 515000)

0 引言

無線通信網絡為人們提供隨時隨地接入的服務，已成為人們生活、工作中重要的組成部分。當前國內5G移動通信網絡建設正在大規模開展。未來5G的很多應用發生在室內場景，如大型場館、機場、火車站等；5G的新型應用如AR/VR、遠程醫療、工業智能制造等等，也將發生在室內。因此，在5G網絡建設過程中，需要加強5G網絡室內深度覆蓋的分析和研究。

1 5G網絡

第五代移動通信(簡稱5G)，應用了新一代移動通信網絡各項關鍵技術，主要包括大規模MIMO技術、同時同頻全雙工技術、D2D、高頻段傳輸、網絡功能虛擬化(NFV)、軟件定義網絡(SDN)、網絡切片和多接入邊緣計算(MEC)等等。5G網絡有3個典型的應用場景[1]。

1)eMBB(Enhanced Mobile Broadband)增強移動寬帶業務。主要特點是高速率、大帶寬：在現有的4G移動寬帶業務場景的基礎上網速提升10倍，下行速率達到1Gbps；用戶體驗感大幅提升，eMBB可應用到高清直播、高清視頻、AR、VR體驗等。

2) mMTC(Massive Machine Type Communication)大規模物聯網業務。5G最主要的價值之一，就是突破了人與人之間的通信，使得人與機器/機器與機器的通信成為可能。據據最新5G協議版本，mMTC在每平方公里須提供100萬個設備接入能力。mMTC海量接入能力，實現萬物互聯，將使物聯網蓬勃發展。

3)uRLLC(Ultra-Reliable Low-Latency Communication)低延時/高可靠連接業務。網絡穩定可靠，時延低至10ms內，使5G網絡在無人駕駛、無人機、工業自動化、智能電網等領域有廣泛應用。

當前運營商獲得的5G頻段集中在FR1(俗稱SUB 6GHz)，分別為：移動和廣電獲得700 MHz、2.6 GHz和4.9 GHz頻段；電信和聯通獲得3.4～3.5 GHz頻段。另外電信和聯通對4G的2.1G頻段重耕，可獲得50 M 2.1G帶寬用于5G網絡。未來隨著網絡的發展，FR2頻段也有可能分配給運營商。在不同的應用場景中，選擇不同的頻段和基站建設方式，進行差異化覆蓋。

2 5G室內深度覆蓋存在的問題

1)使用高頻段導致網絡性能下降，室內深度覆蓋不足。5G網絡在更高的頻段上部署，面臨更高的鏈路損耗問題。相對于4G網絡，高頻室外5G信號穿透混凝土墻壁時會額外產生10 dB左右的鏈路損耗，更高的毫米波基本喪失穿墻能力，導致室內深度覆蓋不足，室內覆蓋效果極差。如果用低頻段進行5G室內覆蓋，在eMBB場景下，網絡帶寬達不到5G要求。

2)當前4G網絡室內深度覆蓋存在大量的無源DAS系統，系統器件工作頻段一般為800 MHz～2.7 GHz，器件難于支持高頻5G信號且更換難度極大。其中大部分是單路系統，少部分是雙路系統，網絡容量低。如果采用2TR 5G RRU進行5G升級，其網絡速率和4G相當，并不能滿足5G eMBB場景需求。

3)近幾年來4G網絡為滿足高容量場景需求，建設了部分有源室內分布系統。有源室內分布系統網絡容量高，且具備可視化運維和室內定位能力，但是其建網成本偏高。有源PRRU主設備占網絡建設絕大部分成本。升級5G仍需要替換PRRU主設備，成本高昂。

4)室內深度覆蓋存在差異化需求。5G大部分應用發生在室內環境，根據業務應用的不同，對網絡速率、時延和可靠性、海量接入有差異化要求，對于室分設備、網絡頻段選擇、組網方式等都提出了全新要求。

3 5G網絡室內深度覆蓋策略分析

5G室內eMBB、mMTC、uRLLC三大場景，對應于不同的業務需求。有必要針對不同的場景采取差異化覆蓋方式。

1)傳統無源室內分布系統覆蓋方式。如前述，當前4G深度覆蓋存在大量無源DAS系統，頻段一般從800 MHz～2.7 GHz。利用現有無源DAS系統是運營商建設5G網絡深度覆蓋的高效手段，僅需在無源室分系統信源處增加5G NR信源即可，建設成本和建設周期最低。該方式主要應用于對流量(eMBB)需求較低的場景，如停車場、普通寫字樓、辦公樓等。對于新建場景和具備升級改造條件的利舊場景，可以采用5G無源室分系統+有源室分天線的覆蓋方案，有源室分天線解決了無源室分長期存在的故障不可監控問題，同時提供室內定位能力，保留了低成本、低功耗、易于擴展等優勢。對于有高流量需求的站點，可以新建高容量有源室分系統。

2)新型有源室內分布系統覆蓋方式。其架構通常為分布式的BBU(基帶處理單元)+交換機+PRRU(射頻單元)三級架構。一般將BBU部署于建筑物中心機房或運營商BBU集中機房，交換設備置于各層弱電配電間，遠端單元PRRU內置4TR天線，通過光電混合電纜或網線分布到建筑物目標區域，實現無線覆蓋。BBU側可以通過小區合并和分裂，將多個PRRU分裂為不同小區，或將多個PRRU合并為同一小區，滿足不同的場景容量需求。新型有源室內分布系統有利于實現精準定位、故障監控等無源室分無法處理的新功能。目前華為Lampsite、中興Qcell、愛立信Dot為代表的有源室分系統已成為5G室內深度覆蓋的主流方案。新型有源室內分布系統覆蓋方式適應于機場、火車站、大型商場、會展中心等對速率、容量要求高的場景。

在高頻無源室分饋線、器件成熟后，還可以采用5G融合組網覆蓋方式[2]。即信源采用有源4TR PRRU，外接有源室分天線。結合了無源室分的低成本、低功耗、易于擴展等優勢，以及有源室分彈性擴容能力優勢，同時提供人流量分析、弱覆蓋分析、室內定位和可視化運維能力[3]。隨著技術進步，依托現有室分網絡資源優勢開展智能化技術演進是一個研究方向，包括AaaS(天線即服務)和Smart Box等。

4 結語

5G業務大部分發生于室內，5G室內深度覆蓋面臨挑戰。本文對5G網絡室內深度覆蓋存在問題進行了總結和分析。根據工程經驗總結了5G室內深度建設方案，提出了針對5G不同場景差異化覆蓋建設思路，并討論了未來5G室內深度覆蓋的研究方向，對5G室內深度覆蓋工程建設具有一定的指導意義。