5G變頻拉遠室內覆蓋系統方案研究

寧升亭，沙伯祥

（1.中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080；2.中國移動通信集團設計院有限公司 廣東分公司，廣東 廣州 510623）

0 引 言

改革開放以來，中國發生了翻天覆地的變化，人們的物質生活也得到了極大提高，各行各業都飛速發展。目前正式進入了5G時代，其中室內是5G網絡的重要應用場景，室內的業務占比越來越高。據相關統計，4G時代的70%業務發生在室內，而在5G時代這個比例將超過85%。在4G時代，移動網絡使用場景主要還是集中于個人消費者，如通過軟件瀏覽網頁、看電影、刷抖音、刷微博、刷微信、語音或視頻聊天等。5G網絡的到來會讓室內應用變得更加多樣化，對網絡的要求也會更高，如4K直播、云、VR/AR、8K高清、智能制造、高清視頻監控以及遠程醫療等，這些業務將主要發生在室內[1]。體育館、大型商場、醫院、寫字樓以及交通樞紐等各種室內熱點逐漸成為運營商部署5G網絡和發展5G業務的優選場景。但在未來的5G應用中，個人消費者所占的比重不會太大，而涉及到工業互聯網的企業級應用才是最重要的部分，因此5G時代的室內覆蓋將變得尤為重要。如果說4G時代的室內分布系統主要滿足傳統的語音和數據業務需求，那么隨著5G網絡建設，為了滿足5G新生的業務需求，室內網絡需要具備更高的性能，如支持100 Mb/s～1 Gb/s的用戶體驗速率、毫秒級的端到端時延以及高精度的室內定位等[2]。

1 傳統的室分系統解決方案

從2G時代開始，DAS系統是室內覆蓋系統建設的主要方案，因為其具有性能穩定、產業鏈成熟以及價格適中等特點，因此在2G和3G的時代深受運營商的喜愛。2G和3G時代的業務主要以通話業務為主，外加少量的數據業務，占比不高，因此大多數情況下，單路DAS就可以滿足需求。但是隨著5G網絡的發展，傳統的DAS系統不斷受到挑戰，以往傳統的覆蓋方式已經不能滿足需求，同時更多的天線、更高的頻段以及更多的業務應用都對網絡提出了更高的要求[3]。

目前根據工信部和運營商的頻段劃分來看，我國5G頻段主要包括700 MHz、2.6 GHz、3.5 GHz以及4.9 GHz等[4]。相比4G的室分主流頻段，5G室分主流頻段更高，傳播和穿透損耗大，難以通過室外覆蓋到室內，同時5G室內分布系統也會面臨建設規模大、成本高以及落地困難等因素，因此5G室內分布系統建設的重要性也就更加突出[5]。

傳統的DAS建設方式存在很多的缺點，具體表現在工程建設難度大、工程造價高、節點多以及物業協調困難等。近年來，分布式皮飛站的建設方式也越來越火熱，其比同軸電纜（饋線）易于布放，遠端單元可以直接放裝或外接天線，適用于覆蓋和容量需求均較大的重要室內大型場景，但因其造價成本較高，因此應用場景也受到很大限制。在5G的室內分布系統建設中，迫切需要一種工程造價低、建設實施難度低且物業容易協調的建設方案。這種方案要盡可能利舊現有的DAS系統，既能節省建設成本，又能降低建設難度和物業協調難度。5G pRRU變頻拉遠系統也就是在這個基礎上提出來的，為實現5G室內低成本覆蓋，中國移動通信集團設計院針對室內改造場景研發了5G pRRU變頻拉遠系統[6,7]。

2 5G pRRU變頻拉遠系統

5G pRRU變頻拉遠系統在原有單/雙路饋線DAS場景下，僅通過部署一個Pico RRU即可實現室內32層的大樓覆蓋。該方案可以盡可能利用現有的DAS系統，適用于低業務量的室分場景覆蓋。

2.1 試點方案技術原理

試點方案原理如圖1所示，該系統將5G射頻信號分別變頻至450～550 MHz，一個pRRU最多可帶4個近端機，支持所有主設備廠家的pRRU。近端機內置雙路變頻器將5G信號分別變頻至450～550 MHz，內置數字同步單元保證5G變頻實現上下行時隙轉換，內置直流供電單元為遠端機供電，此外內置監控單元（FSK）對接網管，監控故障和功耗。

圖1 試點方案原理圖

一臺近端機最多帶8臺遠端機，遠端機內置變頻器將中頻信號變頻至標準信號，內置射頻放大模塊將pRRU信源信號放大至天線口，上行補償鏈路損耗，內置底噪消除模塊用于1個近端機拖帶N個遠端機時的底噪消除。

該創新方案通過新增pRRU變頻拉遠設備（近端機、遠端機），在傳統單/雙路DAS場景下僅通過部署一個pRRU即可實現32層大廈室內的5G覆蓋，通過降低主設備數量達到降低室分系統成本的目的。據此對深圳某大廈進行了施工及測試，近端機輸入信源采用5G 4T4R pRRU，下行最大輸出功率為3±1.5 dBm，上行最大輸出功率為20±1.5 dBm，近端機與遠端機之間采用4D-FB線纜進行傳輸，體積小且成本低，遠端機輸出信號通過功分器實現兩個隔層的5G覆蓋，為后續pRRU變頻拉遠疊加并柜技術的試點驗證建立基礎，每通道的輸出功率為14～30 dBm，遠端機通過合路器接入原有室分系統，頻點規劃為2 515～2 615 MHz，共100 MHz帶寬。

該方案僅需在豎井中安裝近端機和遠端機，并用4D-FB饋線進行連接即可，無需改動平層天花板，降低了施工成本和施工難度。

2.2 測試情況分析

根據上述方案對5G DAS系統和pRRU變頻拉遠系統進行了SINR、上下行速率的測試，測試結果如圖2、圖3以及圖4所示。

圖2 SINR測試結果

圖3 下行速率測試結果

圖4 上行速率測試結果

定點測試中，5G DAS系統近點/遠點的SINR、平均下載速率以及平均上傳速率都優于pRRU拉遠系統。5G DAS系統中點的SINR、平均下載速率以及平均上傳速率劣于pRRU拉遠系統。pRRU直連天線的SINR、下載速率以及上傳速率均優于遠端后直連天線指標。

遠端機數量與底噪對應關系如圖5所示。在遠端機數量與底噪對應關系測試中，從1～4臺遠端逐臺接入，每接入一臺遠端后，4部終端同時進行測試。此時，后臺進行小區干擾檢測跟蹤，每次跟蹤時間為5 min，跟蹤粒度為1 s，當接入遠端數量超過3臺時，平均底噪為-98 dBm。

圖5 遠端機數量與底噪對應關系分析圖

綜合上下行速率測試及底噪測試情況進行分析，該系統近點上下行速率與pRRU直接接天線相比相差不大，中點和遠點尚有較大差距，原因是該系統同步模塊和算法的適配還未調整到最優，后續還有提升空間。底噪測試方面，當遠端機數量為3臺以內時，底噪抬升不大，遠端機數量超過3臺時，平均底噪開始迅速增加。

2.3 項目效益分析

在造價分析方面，采用pRRU拉遠方式、DAS合路方式以及皮基站方式進行對比，共覆蓋大樓16層，覆蓋面積36 607 m2，其中皮基站方式作為對比核算，現場建設未采用。

由表1及前面的測試對比分析可以看出，在覆蓋面積相同的情況下，皮基站新建方案具有良好的網絡性能，但工程造價高，平均為10.27元/m2，是pRRU變頻拉遠系統投資的4倍，經濟效益較差。傳統DAS合路方式工程造價為2.83元/m2，略高于pRRU變頻拉遠系統，但建設難度較大，物業協調困難。對比所得，pRRU變頻拉遠系統建設方案可以在減少物業協調和縮短建設工期的同時，獲得更好的經濟效益[8,9]。

表1 各方案費用對比分析表5G覆蓋方式

2.4 方案分析總結

采用5G pRRU變頻拉遠系統，僅通過部署一個Pico RRU即可實現室內32層的大樓覆蓋，極大減少了主設備的數量，節省了建設成本，在一定程度上也緩解了生產商的供貨壓力。在傳統單/雙路DAS場景下，本系統可實現2G/3G/4G/5G多業務信號同時接入，即便在本系統發生故障時，也能保證其他系統的正常覆蓋。本方案也有合路方案復雜等不足之處，傳統DAS合路只需要在4G RRU側疊加合路5G RRU，pRRU拉遠方案則需要在每層弱電井斷開主干后才可完成合路，造成業務中斷，此外取電方案復雜且無法進行遠程監控等也是未來需要解決的問題[10]。

3 結 論

5G室分系統的建設現在確實面臨非常大的挑戰，其主流頻段的傳播距離及穿墻性的限制決定了未來需要進行大規模的建設，較高的建設成本也讓鐵塔公司和運營商面臨很大的壓力。5G pRRU變頻拉遠系統是一種很好的解決方案，可以有效降低建設成本，另外在實際進行部署的時候，還需要結合現網的實際情況，因地制宜地選擇合適的方案進行部署，同時還要加大共建共享的力度，以實現降本增效的目的。