醫(yī)院部署室內(nèi)5G 信號的實踐與效果分析

□ 任朋 REN Peng 閆石 YAN Shi 王金良 WANG Jin-liang 倪學(xué)勇 NI Xue-yong 張小旗 ZHANG Xiao-qi

2017 年前后，中國鐵塔公司實現(xiàn)了三網(wǎng)融合的解決方案，即由鐵塔公司進行一次覆蓋，三家運營商饋入信源設(shè)備的方案，極大節(jié)省了吊頂內(nèi)的空間占用。但隨著新服務(wù)、新業(yè)務(wù)需求的不斷出現(xiàn)，傳統(tǒng)的4G 通訊難以滿足移動數(shù)據(jù)吞吐量暴漲的需要，急需下一代通訊技術(shù)，由此5G 通訊應(yīng)運而生。在工信部的大力推動下，醫(yī)院開展了以急診救治、遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程治療、中醫(yī)診療等8 類專項領(lǐng)域試點工作。

傳統(tǒng)4G 室分和新型室分的特點

早期4G 室分采用的是傳統(tǒng)部署方式，每個天線點位為無源器件，水平干線采用同軸線纜，該線纜外徑尺寸分別為1.27cm 和2.22cm。該部署方式的優(yōu)點為成本較低，受環(huán)境影響因素小。缺點是容量小，有延遲。2017 年前后，大多數(shù)三甲醫(yī)院都采用這種室內(nèi)分布方案[1]，其結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 傳統(tǒng)室分結(jié)構(gòu)

新型4G 室分每個天線點位為有源器件，采用光電復(fù)合纜的方式，該部署方式的優(yōu)點為能夠追蹤每個故障天線，及時維修，容量可擴展性強，便于向5G 過渡，但是成本高。其結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 新型室分結(jié)構(gòu)

5G 的覆蓋方案類似于新型4G 室分，但該方案對于大多數(shù)醫(yī)院而言屬于重新部署，對于空間的占用率極大，每一個天線點位都需要有線路直接回到弱電豎井，這樣給原本就不寬裕的弱電豎井增加了施工難度。而且，該方案投資巨大，加之5G 還處于商業(yè)用途探索階段，個人套餐費用也十分昂貴，因此運營商對該種方案的投資十分謹(jǐn)慎。那是否能夠采用傳統(tǒng)4G 室分饋入5G 信源，開放5G 信號網(wǎng)絡(luò)呢？

5 G 組網(wǎng)方案

根據(jù)3GPP 發(fā)布的5G 標(biāo)準(zhǔn)來看，5G 建設(shè)的方案分為NSA（非獨立組網(wǎng)）和 SA（獨立組網(wǎng)）兩種[2]：

（1）非獨立組網(wǎng)模式（NSA）：該組網(wǎng)方式是依托4G 的信號覆蓋方案，進行5G 信號的饋入。該方案傳輸類型、指令均采用4G 網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，但用戶進行語音和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采用5G 執(zhí)行。

（2）獨立組網(wǎng)模式（SA）：該組網(wǎng)方式是重新進行5G 信號覆蓋，包括信源設(shè)備、線纜、拉遠(yuǎn)設(shè)備、分布系統(tǒng)、終端設(shè)備，從而構(gòu)成一個新的核心網(wǎng)絡(luò)。這種覆蓋方案更加純粹和徹底，能夠最大化發(fā)揮5G 的特點，包括傳輸速度，容量擴展和延遲的時間，這種方式也是5G 的終極形態(tài)。

獨立組網(wǎng)的優(yōu)勢如下：①繞開NSA 的組網(wǎng)方式，直接采用SA 組網(wǎng)，能夠極大減少5G 的過渡進程。讓5G 的變化更加直觀展現(xiàn)出來。②全新的5G 基站和5G 核心網(wǎng)，對于開展的所有需求能夠做到最大化、高質(zhì)量的滿足[3]。與此同時，獨立組網(wǎng)的劣勢如下：①直接進行SA 的覆蓋，覆蓋不徹底，會造成4G 和5G 之間相互切換，讓用戶的語音或者網(wǎng)絡(luò)之間出現(xiàn)不流暢的情況，影響用戶的使用體驗[4]。②如果采用獨立組網(wǎng)，覆蓋成本會翻倍增加，后期運營成本也會急劇增加，運營商在不能保證客觀流量的前提下，比較慎重選擇方案。但是，即便這樣，組網(wǎng)方式也已由NSA 向SA 進行了過渡。

理論分析

以中國移動4G 網(wǎng)絡(luò)為例：移動網(wǎng)絡(luò)包括LTE-TDD 的1900 兆赫茲、2.6GHz，和LTE-FDD 的1800 兆赫茲等，如果采用NSA 組網(wǎng)方案，TDD1900 兆赫茲頻段和FDD1800 兆赫茲頻段，均能夠支持。每種頻段的覆蓋情況、覆蓋能力對比見表1。

表1 移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力及覆蓋情況

如果采用NSA 組網(wǎng)，需要考慮5G 加載的主要頻段。考慮到FDD1800兆赫茲大部分已實現(xiàn)覆蓋，后續(xù)可以進行完善。針對TDD2.6GHz 頻段，應(yīng)用較少，由于4G 網(wǎng)絡(luò)短期內(nèi)仍然為主流應(yīng)用，因此，可以急需讓其承載4G 原有語音和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。考慮到1900 兆赫茲覆蓋大體完成覆蓋，也可以采用FDD1800 兆赫茲/TDD1900 兆赫茲同時加載5G 方案進行組網(wǎng)。經(jīng)調(diào)研，不同組網(wǎng)方式的方案見表2。

表2 不同4G 頻段加載5G 性能表

綜上所述，以4G TDD2.6GHz 為公共頻段，主要應(yīng)用于承載4G 語音和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，將切換5G 的優(yōu)先級調(diào)低。同時，將TDD1900 兆赫茲和FDD1800 兆赫茲作為公共頻率，優(yōu)先級調(diào)低，切換5G 的優(yōu)先級調(diào)高，根據(jù)上述測試的覆蓋范圍及性能，F(xiàn)DD1800 兆赫茲相比TDD1900 兆赫茲的優(yōu)先級調(diào)高。這樣就最大化地降低對4G 用戶的影響。采用NSA 的5G 組網(wǎng)方案，其設(shè)備基于天線陣列的AAU 模式而建立，基于此可以4G 和5G 同模，反向開通4G，有效解決了4G 覆蓋不完善的區(qū)域，進而釋放原有設(shè)備承載容量，達(dá)到更佳的使用效果和用戶體驗。

項目搭建

某三甲醫(yī)院部分樓宇現(xiàn)場已經(jīng)開通GSM 和LTE 系統(tǒng)，同時已覆蓋傳統(tǒng)室分TD-LTE 系統(tǒng)覆蓋。本樓宇設(shè)計思路為平層采用無源吸頂天線覆蓋。TD-LTE 對于S1/X2 接口的帶寬要求見表3。

表3 TD-LTE 頻段帶寬

考慮到4G 基站的覆蓋范圍，結(jié)合院區(qū)不同功能面積，通過對在用人流量測算對比，其基站配置及分區(qū)見表4。

其平面圖點位按照20 米間隔，分配見圖3。

圖3 4G 室分分布圖

上述4G 覆蓋較為完善。利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，在前端饋入5G信源。對信號測試標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）監(jiān)控連續(xù)3 小時指標(biāo)，按每小時粒度匯總。

（2）對RRC 連接成功率、eRAB 建立成功率、掉線率、系統(tǒng)內(nèi)切換成功率、下行PRB 利用率、小區(qū)上行吞吐率和小區(qū)下行吞吐率進行測試。其測試結(jié)果見圖4。

圖4 信號強度測試效果

①SINR

上述為實際測試的數(shù)據(jù)結(jié)果。正值表示測試區(qū)域信號感知良好：即黃色、綠色及藍(lán)色區(qū)域。

②性能測試：

③最終結(jié)論：通道檢驗通過，并通過驗收。

經(jīng)過測試，5G 信號基本正常，故原有的4G 基站和線纜都可以繼續(xù)利用，既保證了運營商的成本，也不對醫(yī)院的吊頂空間、醫(yī)療秩序造成影響。該項目，為計劃進行5G 部署又苦于吊頂空間不足的醫(yī)院提供了解決方案。借助4G 網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了5G 單站范圍的擴展。誠然，大多數(shù)醫(yī)院的4G 覆蓋并不完善，同時5G 的波長較4G 更短，現(xiàn)有4G 密度無法完全滿足5G，需要進行局部改造，同時延遲和傳輸方面有一定制約。這些問題是需要醫(yī)院在實際覆蓋過程中需要與設(shè)計進行具體溝通，并進行實際測試，加以重點關(guān)注。