5G 室分特定場景共建共享解決方案探討

陳宜漂 安 剛

中通服咨詢設計研究院有限公司

0 引言

室內分布系統經過從2G到4G再到5G的發展，逐漸由室內無源分布系統向有源分布系統演進，如現在市場上成熟的分布式皮基站，其具有便于監控和擴容的特點，成為運營商建設5G室分首選。與傳統DAS系統相比，目前市場上使用的5G新型室分不具有合路功能，無法讓一套5G分布系統實現多家運營商共享。對于地鐵、鐵路隧道區間覆蓋，由于隧道內空間資源緊張，不支持各家運營商單獨建設。對于體育場等公益性大型場館、交通樞紐等，由于橋架資源緊張，或者業主考慮進場施工管理及后期維護管理方便，希望只要建設一套室內分布系統，就能實現多家運營商的5G信號覆蓋。這就需要采用傳統DAS建設特定場景的5G室分信號，實現一套系統，多家運營商共建共享。本文以某體育場為例，采用新型POI+新型天線覆蓋方案。方案根據體育場特點選擇POI和天線類型，合理規劃容量，并根據自由空間鏈路損耗計算邊緣場強，保證容量需求和覆蓋效果。

1 傳統DAS面臨的挑戰

傳統DAS主要的優點是通過POI將不同運營商不同制式的網絡信號饋送到同一套無源分布系統，實現多家運營商多張網絡共建共享，然而5G高頻大帶寬特性使得現有POI無法合路不同運營商的5G信號。除此之外，相比新型數字室分，傳統分布系統建設還面臨以下問題：

（1）傳統DAS現有天線、腔體功分器，墻體耦合器等無源器件只支持900～2700MHz，不支持5G-C波段。

（2）分布系統性能容易受無源器件質量和施工影響。

（3）5G信號的高頻特性使得5G信號在傳統1/2饋線和7/8饋線傳播損耗大。

（4）傳統型號漏纜（13/8型號）不支持中國聯通和中國電信的5G- C波段，新型5/4型漏纜支持5G-C波段，比起13/8型號漏纜，5/4新型漏纜衰減損耗更大。

（5）容量特性差，后期容量擴容涉及新增5G RRU和分布系統改造，需要二次進場施工。

因此，需采用支持5G頻段的新型無源器件，研發支持5G信號合路的高頻段大帶寬的POI，提高5G室分天線的增益，研發更低傳輸損耗的新型漏纜，保證覆蓋效果。在充分考慮容量需求的基礎上，合理設計合路點數量。

2 傳統DAS 5G覆蓋方案

隧道場景適合采用新型POI+新型漏纜覆蓋方案，根據泄露電纜的傳輸損耗和耦合損耗，計算泄露電纜的最長覆蓋長度；大型場館或大型交通樞紐宜采用新型POI+新型天線覆蓋方案。某地鐵工程采用新型POI+新型漏纜的覆蓋方式成功實現了三家運營商5G信號覆蓋。對于大型公益場館、大型交通樞紐等有共建共享需求的場景，不宜采用新型POI+新型漏纜的方式覆蓋。

3 體育場案例

體育場高大空曠，無墻體隔擋。POI在實現5G合路的同時，考慮運營商未來新增2G/3G/4G網絡需求，預留2G/3G/4G合路端口，規劃設計時充分考慮新建DAS系統的覆蓋、容量、干擾等因素，結合體育場場景實際，按照設計原則，天線選擇，POI選型，容量分析，鏈路預算，設計5G室分系統拓撲圖共六方面分析體育場傳統DAS 5G室分覆蓋方案。

3.1 設計原則

體育場傳統DAS方案總體來說，遵循如下設計原則：

（1）RRU安裝在天線旁，降低饋線損耗；

（2）不使用功分，耦合等無源器件，減少傳統DAS故障節點，天線選用支持電信聯通C-band的賦形天線，減小不同小區的重疊區域，控制干擾；

（3）計算好體育場容量需求，爭取一次規劃和建設到位；

（4）天線安裝方向偏向場館內部，控制室內信號外泄。

3.2 天線選擇

體育場屬于人流匯集、爆發性強的場景，當舉辦體育賽事，音樂會等大型活動時候，體育場內人員密集，小區眾多，由于體育場空間開闊，不能依靠墻體、障礙物等自然空間隔離降低小區干擾，因此容易越區覆蓋，導致同頻干擾。普通天線旁瓣抑制不理想，場內小區干擾嚴重。因此采用波束賦形天線覆蓋體育場，利用賦形天性良好的旁瓣抑制比和波束形狀，減小越區覆蓋和同頻干擾，提升用戶感知。后期建設好后進一步通過優化小區及調整天線方位角降低體育場干擾。

體育場整體結構呈橢圓形，看臺第一排到最后一排呈階梯狀分布，高度差3.9m，看臺水平寬度10m，天線設計安裝在體育場檢修馬道附近，距離看臺最高處12m，體育場沿著護欄和過道可分割成18塊小方形塊，每個方形塊長度在20～24m。圖1是天線覆蓋看臺的橫向截面圖，根據看臺寬和高以及天線掛高，可以算出要較好覆蓋看臺，天線水平波瓣角要達到32.12°。圖2 是天線覆蓋看臺的縱向截面圖，根據覆蓋方形塊的長度和天線掛高，可以算出天線垂直波瓣角在54°～ 59°。

圖1 天線水平波瓣角確定示意圖

圖2 天線垂直波瓣角確定示意圖

因此天線水平波瓣角和垂直波瓣角兩個指標要滿足圖1和圖2示意的角度，向某天線產家定制專門賦形天線，定制天線的各項具體參數如表1所示。

表1 天線性能指標

3.3 POI選型

現有POI無法支持5G合路，新型5G POI需要實現不同家運營商5G合路功能。體育場等大型公益性場館屬于話務量、流量需求多樣化的場景，除了5G網絡，移動用戶還會用到其他制式的網絡，因此，需給運營商預留2G/3G/4G網絡的合路端口。相關POI設備產家按照設計要求，定制支持運營商2G/3G/4G/5G全制式15進2出POI，具體POI參數詳見下表（表2）。這使得體育場在建設5G網絡的同時，預留了2G/3G/4G網絡開通功能。

表2 POI指標15進2出

≤1.3互調(dBc) ≤ - 150 (2 x 43 dBm)平均功率(W) 信源側：200 天饋側：500峰值功率(W) 信源側：1000 天饋側：2500阻抗 (Ω) 50尺寸 (H x W x D) (mm) 401 x 258 x 147（不含安裝支架及連接器公差±5mm）凈重(kg) ≤20工作溫度(℃) -40～+55相對濕度 5%～98%應用場景 室內/室外IP65接頭類型 信源側：N-F,天饋側：DIN-F安裝方式 機柜壁掛式安裝駐波比

3.4 容量分析

體育場屬于事件性觸發型場景，容量變化潮汐效應明顯。體育場關閉時，容量需求不大。當體育場舉行賽事及演唱會等大型活動時，用戶密度高，流量將爆發性增長，通過后臺軟擴進行小區分裂獲得容量保證，因此容量規劃以滿足高峰期的容量需求為目標。以體育場滿座時的席位數為基數，假設該體育場上座率為90%，市場份額占比最大的運營商移動用戶數占比80%，進一步假設未來5G滲透率為80%，計算得到該體育場最大小區需求數是24，詳細計算見下表（表3）。

表3 容量計算表

3.5 鏈路預算

按照自由空間損耗模型，自由空間損耗L為：

其中F是頻段，D是天線到終端的覆蓋距離，H為天線到看臺的高度，L為天線覆蓋區域內水平距離。體育場呈橢圓形，根據過道將體育場分為18個小塊，每個小塊面積約220m2，每個天線覆蓋2～3個小塊，每個小塊長度約20m，體育場安裝天線位置距離體育場看臺的最大垂直距離是16m，最大覆蓋區域是3個小塊，則（2）式中天線覆蓋距離D最大值Dmax約為62m，見（3）式：

目前商用的5G頻段最高頻段為電信聯通C-band，取Fmax=3.5GHz，將Fmax和Dmax結果帶入（1）式，算出最大鏈路損耗為79dB，5G邊緣場強按-100dBm考慮，假設5G設備信源發射功率12.2dbm，POI合路器損耗5dB，因分布系統無功分器、耦合器，則允許的最大損耗即為饋線損耗，參見下表（表4）可得，允許最大饋線損耗為37.2dB。

表4 鏈路預算表

5G不同頻段百米饋線損耗見下表（表5）。

表5 百米饋線損耗

信源安裝位置到天線位置最遠距離為75m，因此理論來說3種饋線都可以，1/2饋線和7/8饋線是常用饋線，考慮后期更高頻段的5G技術應用，因此設計主要使用7/8饋線覆蓋體育場，對于部分施工困難的地方采用1/2饋線。

3.6 5G室分系統POI合路圖

設計采用高增益賦形天線，保證覆蓋效果的同時減少天線使用數量，POI輸出端通過饋線直連天線，中間不再設計功分耦合等無源器件。POI輸入端支持多系統合路，輸出端收發合纜，室分系統POI合路圖見圖3。在開通5G的同時，運營商可以根據自己需求，合路其他制式的網絡。

圖3 5G室分系統POI合路圖

4 結論

本文在5G正式商用的背景下，探討了傳統DAS在5G建設中的應用，為探索5G室分共建共享提供參考。在大型公益性基礎設施，如體育場、機場、地鐵及高鐵隧道等公網建設中，采用傳統DAS建設室內分布系統具有特定的適用性。本文以體育場為例，結合體育場特點，從天線選擇，POI選型，鏈路預算，容量分析等角度，探討了體育場的5G DAS建設方案。對于空間高大敞亮的場景，像體育場、機場等公益性大型場館，宜使用新型POI+高增益天線的方式覆蓋；對于地鐵、高鐵隧道等狹長受限的場景，采用新型POI+漏纜的方案覆蓋。采用新型POI+5/4漏纜建設地鐵隧道5G室分，已有成功案例。未來需要研發支持更高頻段，損耗更小的饋線和泄露電纜，同時研發支持更高頻段的天線和POI等無源器件，讓傳統DAS在5G及未來的通信技術中發揮更大的作用。