5G室內分布：數字化轉型之道

徐法祿/XU Falu

（中興通訊股份有限公司，中國 深圳518057）

1 5G室內覆蓋的需求和挑戰

隨著5G新基建的到來，5G建設進入了高峰期[1-2]。其中，室內覆蓋是5G建設的重點：據業界預測，在5G時代約85%的應用將發生在室內場景。作為5G業務的主戰場，室內覆蓋不僅是運營商的核心競爭力之一，還是運營商管道增值的極佳切入點。室內覆蓋有著自身獨特的特點及需求，具體包括：

（1） 業務類型多樣化。

5G室內業務包括移動互聯網和移動物聯網兩大類。這兩類業務可以做進一步細分，具體如表1所示[3]。相應地，多樣化的5G室內業務具有差異化的指標需求，這對網絡能力提出了不同的要求。通常，部署一套室內網絡需要滿足多樣化的業務指標。

（2）部署場景多樣化。

室內部署場景具有多樣化的特征：既有交通樞紐、體育場館、大型商場等空間開闊的高熱場景，又有高端酒店、寫字樓、學校宿舍等多隔斷的場景；既有居民樓等普通場景，又有地鐵、隧道等特殊場景。因此，室內覆蓋的設備需要滿足各種場景的需求，并且具備易安裝、方便部署的特點。

（3）頻譜帶寬多樣化。

截至目前，通信技術已經發展到第5代，同時主流運營商存在“四世同堂”的情況：擁有多個頻段，開通多種制式。以中國市場為例，3大電信運營商的頻譜資源分布在各個頻段。當前5G 頻譜資源分配如下：

?中國電信和中國聯通（簡稱“電聯”）頻譜分配：3 300～3 600 MHz共300 MHz的帶寬。3 300～3 400 MHz為電聯與中國廣電共享，3 400～3 500 MHz分配給電信，3 500～3 600 MHz分配給聯通。對于電聯而言，5G室分至少需要支持200 MHz的帶寬（優選支持300 MHz的帶寬）。

表1 5G室內典型業務分類

?中國移動的頻譜分配：包括在2 515～2 675 MHz D頻段范圍內共160 MHz的帶寬，以及在4.9 GHz頻段 4 800～4 960 MHz共 160 MHz的帶寬。因此，中國移動的設備需要在2.6 GHz頻段與4.9 GHz頻段分別支持160 MHz的帶寬。

具體到室內部署時，運營商需要考慮兩種類型的設備：對于已經部署了3G/4G室分的建筑，只需要增加5G頻段的室分部署，可采用5G單模的設備；對于新蓋的建筑，以前沒有部署過3G/4G室分，室內需要同時部署多個頻段，可采用3G/4G/5G多模的設備。其中，后一種場景對設備與工程有更高的要求，即要求一套設備一次部署就可以滿足需求。

（4）運營維護智能化。

信息通信技術（ICT）的融合已經成為潮流。5G時代人工智能（AI）對網絡賦能。運營技術（OT）與ICT的融合成為新的趨勢。具體到室內覆蓋時，需要具備可視化運維的能力：

?端到端可監控：室內覆蓋設備各級節點可監控，發生異常時會及時報警；

?按建筑物管理：室內網絡拓撲連接可視化，性能指標精細化；

?能力開放：可提供各種應用程序接口（API）接口，開放給第三方定制各種運維功能。

（5）綜合成本最優化。

5G基建適度超前，新的業務模式還在不斷探索中。在每用戶平均收入（ARPU）值沒有明顯提升的背景下，先行建設的網絡需要在滿足市場需求的前提下做到成本最優：總體成本中的資本支出（CAPEX）包括設備成本、設計成本和施工成本，而運營成本（OPEX）包括運維人力成本和電費。對于各種場景，運營商需要綜合考慮場景價值和總擁有成本（TCO）選擇最優的解決方案。

4G時代的電費支出在運營商網絡OPEX中占比較大。5G帶寬增加，使設備對應的功耗也有一定幅度的提升，因此需要引入智能化的節能手段使節能效果達到最優。

2 5G室分方案

目前成熟的5G室分方案包括5G分布式天線系統（DAS）與5G數字室分。經過通信行業幾十年的發展，運營商積累了龐大的存量DAS系統。利舊DAS完成室內5G覆蓋是最經濟的方案。而對于新建場景，數字室分則逐漸成為主流。下面我們將分別介紹這兩種方案。

2.1 5G DAS

從2G時代開始，DAS室分是室內覆蓋建設的主流方案。DAS具有產業鏈成熟、價格適中的特點，在2G/3G時代深受運營商的青睞。2G/3G時代用戶的業務以語音為主，同時有少量的數據業務。由于數據業務話務量不高，單路DAS就可以匹配用戶的需求。

到了4G時代，用戶業務演變為以數據業務為主。由于中國市場競爭激烈，運營商提前結束了“流量收入紅利”。相繼推出的不限流量套餐，使布置在話務量偏高的建筑內的單路DAS顯得很吃力，急需擴容改造。然而，將單路DAS改造為雙路DAS的工程非常復雜，同時鏈路不平衡會導致多輸入多輸出（MIMO）性能難以保證。在話務量偏高的區域（機場、火車站、學校、醫院等），運營商傾向進行數字化改造，部署4G數字室分。

2.1.1 5G DAS的挑戰[4-7]

5G用戶設備（UE）支持2T4R（指2發射通道、4接收通道），下行最大支持四流接收。在高話務場景下，室內覆蓋需要給UE提供四流數據，但是四路DAS在工程施工上非常復雜，4收發通道（TR） MIMO 難以保證。實際落地時，DAS以單路或雙路為主，多用于中低流量的場景。

在建設5G DAS室分時，需要考慮3個方面的能力：信源支持能力、饋線損耗差異和無源器件能力，如圖1所示。

▲圖1 建設5G DAS時的能力評估維度

存量DAS網絡的無源器件（功分器、耦合器、合路器、室分天線等）支持的頻段范圍是800 MHz～2.7 GHz。3大運營商的5G DAS分析如表2所示。

對于電聯場景，3.5 GHz頻段無法利舊存量的DAS無源設備。如果采用DAS部署5G，就需要新建一套DAS系統，并且要采用新的無源器件支持3.5 GHz頻段。由于新建雙路DAS工程復雜， 3.5 GHz饋線損耗高，所需室分天線點位較多，以及建設成本偏高，因此不建議電聯采用DAS來建設5G室分。

由于主流5G的頻段是2.6 GHz，因此中國移動可以利舊已有室分無源器件，在中低容量場景中可采用增加2.6 GHz 信源的方法部署室內5G。已有室分大部分是單獨DAS，不能體現5G大容量多通道的優勢。中興通訊獨創的多通道聯合收發技術，可在不改變傳統DAS系統網絡架構的前提下，通過信源改造的方式快速實現單路DAS雙流、雙路DAS四流的效果，大大提升了傳統DAS網絡的性能。2.6 GHz多通道聯合收發技術對于有存量DAS的低價值場景來說是一個優選方案。

2.1.2 DAS多通道聯合收發提升網絡容量

根據現有DAS的部署情況，如圖2所示，多通道聯合收發技術可以應用于以下3類典型場景：

（1）跨樓層-雙流實現四流：現有DAS已經部署雙路，并且具備支持2×2 MIMO的能力。此場景可以實現在上下樓層重疊覆蓋區域組成支持4×4 MIMO的網絡；

（2）跨樓層-單流實現雙流：現有DAS僅部署單路。此場景可以實現在上下樓層重疊覆蓋區域組成支持2×2 MIMO的網絡；

（3）同樓層-雙流實現四流：現有DAS有多個運營商分別部署雙路，并且可被用于共享。此場景可以實現在同樓層重疊覆蓋區域組成支持4×4 MIMO的網絡。

多通道收發技術的容量增益與樓層間隔離度密切相關。實測結果顯示，如表3所示，對于跨樓層-雙流實現四流的場景，隨著隔離度的增加，速率、RANK（指矩陣的秩）增益逐漸下降。因此，我們建議，DAS多通道聯合技術可應用于樓層隔離度小于30 dB的部署環境。

2.2 數字室分

數字室分在4G時代嶄露頭角并實現了規模部署。目前，主流設備商都支持數字室分，如中興通訊的QCell、華為的LampSite和愛立信的Dot等[8]。

數字室分采用三級架構。如圖3所示，以中興通訊QCell為例，QCell由基帶單元（BBU）、匯聚單元pBridge（PB）和遠端射頻單元（pRRU）組成。其中，BBU實現多?；鶐Ъ岸嗄f議棧功能；PB對pRRU供電，同時通過對多路pRRUIQ（IQ指通信調制的I路數據和Q路數據）數據求和來實現小區合并功能；pRRU實現RRU功能，且發射功率為毫瓦級。

表2 中國5G DAS 器件能力評估

▲圖2 多通道聯合接收的典型場景

表3 不同隔離度下跨樓層-雙流實現四流的性能提升效果

▲圖3 中興通訊QCell智能室分方案典型架構

數字室分具備DAS無法比擬的優勢，具體包括：

（1）部署快捷。與DAS系統采用的信源、合路器、耦合器、饋線、小天線的多級架構相比，數字室分只有BBU-PB-pRRU三級架構。此外，用光纖和網線替代笨重的饋線，極大地降低了部署的工程量，同時縮短了施工的時間。

（2）彈性容量。DAS信源容量固定，并且一個信源通常配置一個或兩個邏輯小區。數字室分則采用獨特的小區合并技術，其一個光鏈路下最大4級PB相連的若干個pRRU合并成一個邏輯小區，并可根據話務情況彈性改變小區數：當用戶少、話務量低時，最大可將32個pRRU合并成一個小區；當話務量高時，可將少數幾個（最少一個）pRRU合并成一個邏輯小區。

（3）全鏈路可監控。DAS采用無源器件部署室分網絡，器件損壞時無法被及時監控到，比較影響用戶體驗。數字室分的各級網元BBU-PB-pRRU是有源設備，可通過告警、診斷等功能實時監控設備狀態。

（4）多頻多模。pRRU實現RRU的功能。由于功率是毫瓦級，pRRU可以在2.5 L的體積內支持運營商的多個頻段，并且每個頻段可開通不同制式。

（5）多通道MIMO。對于DAS系統，如果要支持4TR MIMO，那么每個點位均需要部署四路饋線。這意味著工程將會極其復雜，同時四流的效果也很難保證。pRRU集成4TR通道，同時采用一根光纖與PB相連，可輕松實現4TR MIMO功能。

數字室分在4G時代已經成為規模部署的室分方案。目前，傳統的DAS廠商正在逐步向數字化轉型，并且推出了數字室分產品?？梢灶A見，數字室分在5G時代將逐漸成為主流的室分方案。這里，我們以中興通訊的QCell為例，探討數字室分涉及的關鍵技術。

2.2.1 多運營商共享

多運營商共享在5G時代成為一個強需求。這要求一個pRRU能支持多個運營商的頻段。以中國電聯共享為例，pRRU需要支持3 400～3 600 MHz的200 MHz帶寬。如果要支持3 300～3 400 MHz，那么pRRU的能力需要進一步提升到300 MHz 帶寬。具體來說，共享場景需要以下幾種規格：

? 5G單模200 MHz：用于電聯各100 MHz 獨立載波方式共享場景；

? 5G單模300 MHz：用于電聯各100 MHz 獨立載波共享，同時有支持3 300～3 400 MHz帶寬的潛在需求；

?多模200 MHz：用于新建場景支持多模，電聯各100 MHz獨立載波共享；

? 多模300 MHz：用于新建場景支持多模，電聯各100 MHz獨立載波共享，同時有支持 3 300～3 400 MHz帶寬的潛在需求。

2.2.2 精準匹配行業應用

5G行業應用逐步升溫，行業應用中室內場景占據了半壁江山。中國移動針對5G行業定義了“優享”“專享”與“尊享”3種模式，每種模式對應了不同的基礎網絡能力與增值能力，具體如圖4所示。

在具體到5G室內分布時，行業應用要求的功能主要有容量增強、高精度定位等。由于DAS已經不能滿足這些需求，目前只能采用數字室分。

2.2.2.1 容量增強

行業應用場景對帶寬有更高的需求。此時可采用以下方式全面提升上下行容量。

（1）上行帶寬增強。

1D3U幀格式能夠給上行分配更多的時隙資源。5G公網主要有2.5 ms雙周期和5 ms單周期兩種幀結構。這兩種幀結構給下行分配了更多的時域資源，因此小區下行容量高于上行。而行業應用可能需要上行有更多的時域資源。這類場景可采用2.5 ms 單周期的DSUUU（1D3U）幀格式。

▲圖4 5G行業應用的基礎網絡-增值功能-個性組合架構

（2）下行帶寬增強。

虛擬8TR可增強下行帶寬。射頻單元在硬件上最大只支持4TR。部分5G終端，如客戶前置設備（CPE），支持8根接收天線。兩個射頻單元的覆蓋重疊區可以支持8通道的下行數據發送。

（3）上下行帶寬增強。

載波聚合（CA）可同時提高上行與下行帶寬。主流運營商通常有多個新空口（NR）頻段，并且在同一個頻段可能會存在超過100 MHz的連續帶寬。可開通同頻內多個NR載波CA以及不同頻段間載波CA，以提高上行與下行帶寬。

（4）區域面積容量增強[9]。

當采用CA和虛擬8TR都無法滿足場景的容量需求時，可以考慮采取小區分裂（極限情況下是一個pRRU組成一個邏輯小區）的方式在該區域部署更多的小區，提供更多容量。

隨著分裂的小區數增加，小區之間同頻干擾的程度也會增加。由于干擾會降低網絡容量，因此可以考慮采用基帶合并（超級小區）的方式將多個小區合并成一個邏輯小區，以消除多個小區之間的同頻干擾。與此同時，在合并后的邏輯小區中開啟空分復用功能，可保證整個區域的容量不會因為基帶合并而降低。

2.2.2.2 室內定位

位置信息是未來建設智慧城市的重要組成部分。對于室內場景定位，目前有兩種定位方法[10]：

（1）QCell設備自身定位。這種方式可基于探測參考信號（SRS）測量來計算UE的位置坐標，不需要借助其他輔助定位設備。該方式的定位精度可達5 m。

（2）借助藍牙/超寬帶（UWB）方式定位。這種方式首先通過pRRU的網口連接藍牙/UWB設備，然后借助藍牙/UWB測量對終端進行測量。測量的數據借用pRRU-PB-BBU物理鏈路透傳到定位服務器MEC，最后由MEC計算終端位置，如圖5所示。這種方式的定位精度可達亞米級。

2.2.2.3 能力開放

5G核心網是基于服務化架構（SBA）構建的。能力開放是核心網的一個基本功能。在行業應用中，5G工業園區需要在無線側提供能力開放業務。目前，借助MEC可以實現能力開放功能[11-12]。

▲圖5 pRRU外接藍牙/UWB 定位架構

MEC能力開發是基于X86的虛擬化特性設計的。4G BBU并不支持虛擬化，需要采用獨立的硬件來實現MEC的功能，這大大提高了MEC部署的難度。由于5G BBU本身支持網絡功能虛擬化（NFV），MEC可以以軟件應用的方式部署在5G BBU上。與4G時代獨立硬件的方式相比，這極大地降低了部署難度，間接推動了5G行業應用的發展。

2.2.3 AI節能

傳統節能方式通常是根據話務需求進行分層分級、關斷相應設備的，具體包括：

（1）符號級關斷。在沒有數據發送的符號時隙，及時關閉射頻單元的功放。

（2）通道級關斷。在小區話務低時，關閉射頻單元的部分通道。比如，4TR射頻單元關閉2通道，只用2通道收發數據。

（3）小區級關斷。通過定義網絡覆蓋層和容量層，在低話務期間關閉容量層小區，只保留覆蓋層。

（4）設備級關斷。在無話務的時間段，將射頻單元下電或進行深度休眠。

傳統的節能方式因為無法精準定制差異化策略影響了節能效果。如圖6所示，AI節能方案借助AI和大數據技術，可以在保證網絡關鍵績效指標（KPI）不受影響的基礎上，使節能效果達到最優，實現能耗與性能的最佳平衡。

（1）場景特征自學習。根據網絡拓撲和歷史性能數據歸納小區場景特征，并基于場景特征來預測未來各時段的話務量。

（2）節能參數自配置。基于場景特征與話務預測自動編排各種節能策略，同時自動配置各種策略的節能參數。

（3）節能效果自優化。節能策略實施后，根據策略報告（MR）、KPI、用戶感知等數據綜合評價節能實施后的效果，并且自動對節能參數進行優化調整。節能效果自優化可使網絡性能和節能效果達到最優。

2.2.4 可視化運維

與室外RRU的形態不同，數字室分的射頻頭端是在室內密集部署的，這對網絡運維提出了更精細化的要求。

（1）拓撲管理?；谠O計院計算機輔助設計（CAD）施工圖能夠直接生成2D/3D建筑物模型，并可按建筑和樓層展示匯聚單元與射頻單元的部署位置及連接關系，同時展示小區配置等拓撲信息。

（2）資產管理。按建筑分樓層統計數字室分資產信息。

（3）無線運維。按建筑分樓層生成性能報表、樓層覆蓋柵格圖并，給出針對性的網絡優化建議。

3 頻譜重耕

在話務量不低的區域，利舊DAS是最經濟的5G室內部署方案。在中國的電聯市場，存量DAS系統不支持3.5 GHz頻段，不能通過更換信源的方式來支持5G。對于龐大的存量DAS系統，在短期內全部改造成數字室分并不現實，只能逐步向數字室分過渡。采用4G頻譜重耕的方式把現有DAS用起來也是一種可行的方案。目前主要采用的方式是將2.1 GHz 頻段重耕到NR。

▲圖6 人工智能節能策略

表4 n1/n3支持NR各種帶寬的路標

R15的終端只支持2.1 GHz頻段20 MHz帶寬NR，因此可以在話務量要求不高的區域部署2.1 GHz 20 MHz NR DAS（如居民樓、經濟型酒店、地下停車場等場景），如表4所示。R16的終端則可以利舊DAS開通 2.1 GHz 40 MHz/50 MHz大帶寬的NR。由于2.1 GHz屬于頻分雙工（FDD）頻段，40 MHz/50 MHz NR小區容量和3.5 GHz頻段100 MHz NR小區容量基本相當，可以滿足大部分中低容量場景業務需求。因此，2.1 GHz DAS頻段重耕支持40 MHz/50 MHz NR可以作為一種主流的5G室內部署方式。

4 結束語

5G網絡賦能各行各業，并推動全社會數字化轉型。室內覆蓋是5G時代的關鍵戰場。在選擇5G室內室分方案時，應綜合考慮目標、需求、成本等多因素，采用多種解決方案來建設高效、經濟的室內覆蓋網絡。

主流5G室分部署有DAS利舊和數字室分兩種?，F有DAS系統支持的頻段為800 MHz～2.7 GHz。如果5G的頻譜在這個頻段內，那么可以考慮采用更換信源的方式來利舊DAS。中國移動在現有DAS系統上支持2.6 GHz頻段160 MHz帶寬。電聯的3.5 GHz頻段無法在現有DAS上使用。此時可考慮采用2.1 GHz頻譜重耕的方式來利舊DAS。對于新建和話務量較高的場景，我們建議可直接部署5G數字室分。數字室分具有高容量、全鏈路可監控、成本適中等特點，不僅能夠全面滿足國際電信聯盟（ITU）定義的各種5G指標，同時還可以結合MEC支撐各種行業應用。隨著5G的發展，數字室分將會在5G室內分布領域扮演越來越重要的角色。