5G NR室分共享覆蓋解決方案研討

李京輝 張中平

【摘? 要】5G網絡工作頻段分配越來越高，導致室外覆蓋室內深度覆蓋不足，傳統室分存量DAS支持的頻段最高到2.7 GHz，為兼顧性能合理利用建設成本，利舊原有網絡中已經部署的室分天饋線及設備，分析了高頻導致室內深度覆蓋不足的特點，根據傳統室分網絡的現狀，以5G業務價值判斷需求為場景劃分，結合網絡中各需求場景室內分布系統的建設特點，利用多樣化方案應對差異化需求，多種建設方案并存的理念，給出了面向5G頻段室分系統共享覆蓋的網絡建設思路。

【關鍵詞】5G網絡;5G頻段分配;5G室分共享覆蓋;數字化室分系統;無源室分系統

The allocation of the working frequency for 5G networks gets higher， and leads to insufficient outdoor coverage and indoor coverage depth. Traditional indoor existing DAS supports up to 2.7 GHz frequency band. In order to jointly consider the performance and rational use of construction costs， the existing indoor distributed antennas and equipment in the old network are used to analyze the insufficient indoor coverage characteristics of high frequency. According to the current status of the traditional indoor distribution network， the scenarios are divided by the demands of 5G service value judgements. Combining the construction characteristics of the indoor distribution system for various demand scenarios in the network， the network construction ideas for shared coverage of 5G frequency indoor sub-systems are given using the concepts of differentiated service-oriented and multiple coexisting construction solutions.

5G network; 5G frequency band distribution; 5G indoor sharing coverage; digital indoor system; passive indoor system

0? ?引言

中國有著龐大的用戶和市場需求，在推進新興產業或技術具有較大優勢。依據GSMA發布的《中國移動經濟發展報告2020》預測，預計到2025年中國5G用戶的滲透率將增加至50%，與韓國、日本和美國等其他主要5G市場相當。預計2020至2025年間，中國運營商基于移動業務的資本支出將達到1 800億美元，其中大約90%將被用于5G網絡建設，5G室分建設則占5G網絡投資的30%～40%。對于5G的商用化進程而言，室內是主要應用的場景之一。隨著無線網繼承式代際演進，5G業務種類持續增多和行業邊界不斷擴張，而5G則是以超大帶寬、超低延時和超強連接能力，賦能全行業數字化，有力推動AR/VR服務、4K/8K超高清視頻、高速云辦公、低延時游戲、室內定位服務、萬物互聯等應用的新無線網絡技術。在過去的4G移動網絡中超過70%的應用發生在室內場景，針對5G的特性中物與物的大范圍連接促使室內場景中會為到來的豐富應用提供強有力的網絡支持能力。

1? ? 5G NR頻段范圍及分配

（1）工信部確定的國內電信運營商5G中低頻段試驗頻率分配如下：

1）中國電信獲得3 400 MHz—3 500 MHz：共100 MHz帶寬;

2）中國聯通獲得3 500 MHz—3 600 MHz：共100 MHz帶寬;

3）中國電信和中國聯通共同獲得室內共享頻段3 300 MHz—3 400 MHz：共100 MHz帶寬;

4）中國移動獲得2 515 MHz—2 675 MHz：共160 MHz帶寬，4 800 MHz—4 900 MHz：共100 MHz帶寬。

其中，中國移動2 515 MHz—2 575 MHz、2 635 MHz—2 675 MHz和4 800 MHz—4 900 MHz頻段為新增頻段，2 575 MHz—2 635 MHz頻段為重耕現有TD-LTE頻段（60 M帶寬）。

（2）在5G頻段分配中有首次創新舉措，即是將一段頻段同時給兩家電信企業共同使用，通過共建共享5G室分系統達到降本增效，提高服務水平，增強企業競爭力。

2? ?5G高頻導致室內深度覆蓋不足

首先，無線電波特性指出頻譜越高，其繞射能力就越差，同樣覆蓋能力也就越弱，尤其是在室內環境中更是如此。無線空間傳播的路徑損耗一般是頻段越高，隨著距離的越大，其路徑損耗也同樣會遞增。根據SPM（標準傳播模型）傳播模型通過參數調整可以應用于不同頻段的傳播預測。

依據圖1可以看出，電波在4.9 GHz頻段的傳播損耗較大，相比1.8 GHz頻段，其傳播損耗大13 dB左右。其他頻段的傳播損耗也同樣比1.8 GHz有所差異。因此，3.5 GHz頻段或4.9 GHz頻段相對于1.8 GHz頻段亦或者更低頻段來說，室外覆蓋室內環境更加困難。進一步考慮到建筑物內部各種阻隔阻擋，高頻段覆蓋室內深處時的效果將會更差。

其次，5G頻段與4G頻段在無線空間傳播的路徑損耗有著明顯差異的前提下，室內隔斷體根據原材料質地和厚度的不同，不同建筑物外立面由玻璃和墻體組成，再加上不同電磁波頻率的影響，其穿透損耗也會不同，3GPP對建筑物不同材料穿透損耗的理論公式如表1所示，可以計算出各頻段間的損耗差異（L：穿透損耗（dB），f：頻率（GHz））。

依據上表可以算出，穿透損耗相對較大的混凝土在3.5 GHz和1.8 GHz的穿透損耗值分別為19 dB和12.2 dB，兩者之間相差6.8 dB，故此同樣材質下不同頻段對應的穿損差異很大。

3? ?傳統室分網絡的現狀分析

國內樓宇中傳統室分系統在2G網絡建設期出現，主要是為了解決室內信號弱覆蓋問題，其支持5G高頻困難，施工不方便，且很難推進4T4R室內網絡演進，影響客戶體驗。傳統室分系統存在以下典型問題無法有效向5G網絡平滑演進。

（1）高頻覆蓋：C-band和Sub 3G相比，鏈路損耗更大互調干擾更加復雜，導致需要增加C-band信源以滿足同覆蓋要求。

（2）更換器件及利舊：傳統室分系統中的器件如天線、合路器、功分器、耦合器、支路饋線等還不支持5G或更換成本過高，更換難度很大。

（3）4T4R MIMO網絡建設：需要部署多套無源天饋系統，工程實施困難且對客戶影響大，而在網絡上導致鏈路不平衡引發性能問題。

當前國內存量室分網絡系統有很高比例依舊是DAS，若演進5G NR室分網絡面臨著非常嚴峻的挑戰。

4? ?5G NR室分網絡建設思路

4.1? 多樣化方案應對差異化需求，多種建設方案并存

建設室分網絡主要解決的問題，是為室內環境中的用戶保障其良好的無線接入環境及信號質量。在此基礎上通常按照容量型場景和覆蓋型場景建設進行劃分，促使利用多樣化方案應對差異化需求，多種建設方案并存。

5G室分的場景需求分析如下。

熱點容量場景（高 價值場景）：如賓館酒店、大型商場、高校校園、大中型醫院、大中型寫字樓和交通樞紐等，建議優先采用有源數字化室分系統建設，根據業務容量需求采用雙流或者四流建設。這里需要提到，建議對于高峰期人流量較大的場景（如機場候機廳、高鐵車站、地鐵站臺站廳等），需要結合容量進行規劃遠端單元的布放顆粒度，在現場測試的信號邊緣場強值基礎上，合理減小遠端單元的布放間距，使其保障人流量高峰期大容量的需求。

一般覆蓋場景（中低價值場景）：如商務寫字樓、大型場館、隧道、酒店、政府機關等，考慮投資效益、網絡投訴、競爭優勢，建議仍采用傳統室分建設，如居民區采用樓間對打覆蓋。

4.2? 有源數字化室分系統的優勢

完成5G室分系統多路收發的MIMO需求，可以靈活采用有源數字化產品建設。其優點為網絡架構簡單，無需鏈路預算，相對于無源DAS系統，解決了上行底噪抬升的問題，方便調整室內覆蓋的小區合并或分裂，容易控制容量，保障移動用戶室內外體驗一致性，方便實現室內外網絡協調，與宏網共網管運維可視化，支持多流傳輸等。

數字化室分系統如圖2所示，基于微站可以構建室內覆蓋網絡的三級架構，即基帶處理單元、HUB數據匯聚單元、遠端單元pRRU，皆為有源產品利用光電復合纜線或超六類網線進行傳輸，可以通過在BBU中增加5G基帶板，在遠端單元pRRU中增加5G射頻模塊或級聯5G pRRU，抑或直接替換C-Band和Sub3G集成的頭端方式，從而實現平滑升級到5G，保障工程實施落地。

4.3? 5G NR室分覆蓋多家共享方式

（1）已建設覆蓋場景

1）三家已覆蓋網絡部署方案

針對已建成的室分網絡中疊加進新的一套5G共享數字化室分系統，同時滿足三家電信企業對5G的覆蓋需求且靈活部署;而對于支持2.6 GHz的移動原有室分，可根據現場情況分層分區直接更換POI或合路器，實現5G網絡建設的高效部署且成本節約。

2）有源室分共享建設方案

已建成的有源室分網絡中，另有兩家電信企業未實現4G覆蓋的，根據其覆蓋需求可采用4G和5G雙模設備共享疊加原室分系統。

3）無源室分低成本方案

根據以往時間中集采情況，2015年以前建設使用的無源器件使用頻率在800 MHz—2 500 MHz，所以不建議對2015年以前建成的原有無源室分進行改造。2015年以后建成的移動獨立無源室分，通過更換2.6 GHz合路器的方式接入現有系統實現5G覆蓋。另外需提出在上聯BBU配置上，有源室分無法與無源室分共基帶板。

2015年以后已經建成的三家共享室分系統，需原方案評估及測試仿真，對已覆蓋系統間的干擾影響判斷后再考慮更換POI接入原有室分。

（2）新建設覆蓋場景

綜合考慮室分場景、建設需求，采用新建室分系統共享方案或無源共享方案。

1）新建室分系統共享方案

根據差異化需求，建議新建一套4G和5G共享的有源數字化室分，滿足電信企業同步覆蓋的需要。對電信企業仍有2G和3G覆蓋需求的場景特點，在合理選擇頻率的基礎上，可采用新建無源室分系統，同時疊加進一套5G共享數字化室分系統的建設方式。

2）無源室分共享方案

在三家電信企業新建2G/3G/4G分布系統基礎上分別接入3.5 G（中國電信、中國聯通）、2.6 G（中國移動）NR信源，采用POI產品直接接入或者POI產品，結合廣角漏纜部署的方式實現5G室分共建共享，重點關注分布系統整體互調指標，此外無源器件均支持800 MHz—3 600 MHz，可實現存量無源室分系統直接平滑升級5G。

這里具體提到一下POI產品結合廣角漏纜部署的方式：廣角漏纜與傳統分布結合，沿走廊位置布放雙路廣角漏纜+末端天線補充覆蓋。

適用場景：空間較空曠，沒有建筑物遮擋;漏纜掛高大于2.5 m;如：地下停車場、商務樓宇辦公區、地鐵等。

不建議場景：隔斷多，單邊隔斷超過2層;隔斷材質穿透損耗大于20 dB;漏纜掛高要求低于2.5 m，距漏纜單邊距離大于10 m。

漏纜水平方向測算公式：漏纜水平長度=（RRU輸出功率-漏纜耦合損耗-邊緣場強）/漏纜百米損耗×100。

5? ?結束語

綜上所述，本文針對三家電信運營商已經獲取的5G頻段的劃分進行了介紹，同時對高頻用于5G NR室內覆蓋時的傳播和穿透損耗進行了分析和比較，在對傳統室內分布系統提出了現狀的主要問題，對于室內的5G移動網絡建設，其商用頻段更高，難以通過室外宏站進行室內深度覆蓋，則需要在室內環境建設5G室分移動網絡，方能在室內場景提供可靠及優質的5G應用業務。隨著技術演進和垂直應用的發展，5G占比將不斷提高，在場景投資價值差異顯性，在多樣化的業務背景下室內用戶的不同需求量，5G室分建設需面向不同價值場景提供差異化方案以及建設方式，充分挖掘有限資源確保二次改造工程量最低，保障工程可實施落地。通過應用數字化室分易于向5G平滑演進，利用有源數字化室分合理搭配無源室分進行共享建設投資收益更優，在建設和維護方面會更加節省電信企業的5G成本。與此同時，希望能夠借助以上分析和研究，在行業各界引起對5G室分系統建設中無源室分產品擴展支持到3.6 GHz頻段高性能器件的完善以及數字化室分雙模產品的研發推出。

參考文獻：

[1]? ? 黃海暉，劉大洋. 5G時代室內覆蓋解決方案綜述[J]. 移動通信， 2019，43（6）： 42-46.