5G背景下室內信號覆蓋解決方案的研究

鞏倩倩 段宗維 楊青青 張虎

摘 要：移動通信技術日新月異，從2G到3G，從LTE到5G商用，幾年時間已經有了翻天覆地的變化。5G技術的商用，對室內深度覆蓋解決能力提出了更高的要求。文章根據現網存量室內分布系統網絡結構，充分考慮各運營商共建共享，結合當前主流新技術，優化建設方案，按照不同場景，因地制宜制定建設方案，為運營商開展5G工程建設提供指導。

關鍵詞：5G技術;深度覆蓋;建設方案;室內分布系統

0? ? 引言

隨著當下用戶需求的發展及移動無線網通信技術的更新，越來越多的移動業務發生在室內。4G時代室內已是業務承載區和投訴重災區，超過90%的數據業務發生在室內，因此建設一張優質的室內分布網絡尤為重要。隨著5G牌照的發放，5G基于的高頻段勢必造成室內信號盲區增加，各運營商解決室內深度覆蓋已經迫在眉睫。

為實現4G到5G的平滑升級，運營商及鐵塔公司都在積極尋求創新覆蓋方案、建設新型室內分布系統。

1? ? 室內分布系統現狀

在2G、3G時代，移動通信技術處于低頻段發展，傳統室內分布DAS系統（Distribute Antenna System）是解決室內覆蓋盲點的有效方案;4G時代傳統室內分布DAS系統仍然可以作為有效的解決手段。4G時代后期運營商為了能夠解決故障實時監控及站點協調難的問題，光分布室內分布系統應運而生。

1.1? 傳統DAS分布系統

傳統DAS室內分布系統方案是4G時代各運營商室分建設中采用的主流建設方式，主要是由無源器件、同軸電纜和天線組成。通過合路器將不同制式的信號耦合入同一套分布系統中，使用耦合器和功分器鏈接電纜和天線，完成樓宇內部信號覆蓋。

傳統DAS室內分布系統雖然能夠滿足4G時代的覆蓋需求，但是其自身部署困難，需要對樓內打眼穿線，經常遭遇業主阻撓、饋線損耗較大，應用于低業務密度場景，增加信源設備用量，均采用無源器件，無法監控，故障排查困難[3]且后期改造復雜，信源及分布系統均需要二次施工。如果要實現MIMO功能，需要建設雙路室內分布系統，投資將會大幅度增加。

傳統DAS室內分布系統對于故障定位及后續維護相對困難，同時，對接頭制作、饋線布放的工藝要求較高，施工過程相對復雜，美觀性較差。因此各設備廠商相繼推出光纖分布系統，以彌補傳統分布系統的不足。

1.2? 光分布室內分布系統

光分布室內分布系統的主要組成部分有遠端單元、擴展單元、主控單元3個部分。與傳統室內分布相比，采用光電轉換技術是數字光分布系統一大特點，同時提升了單個信源覆蓋面積，普通饋線被光電復合纜所代替，信源主設備不需就近安裝在物業點，設備可內置天線，施工過程相對簡單、美化程度高，設備支持MIMO功能，不僅支持2/4G雙模工作方式，同時遠端設備可通過獨立網管進行監控。

擴展單元與主控單元之間通過光纖的方式連接，遠端單元與擴展單元之間通過光電復合纜的方式連接。光纖及光電復合纜相對于饋線，節約資源，降低成本，可與寬帶一同進場施工，降低協調難度。主要組成單元均為有源設備，遠端設備可通過獨立的網管進行監控，便于后續維護與故障排查。

4G時代以前各制式通信設備工作于低頻段（2.7 GHz以下），使得現網存量傳統DAS室內分布系統的無源器件及天線不支持5G高頻段（3.5 GHz，4.9 GHz），因此5G時代合路現網存量傳統DAS室內分布系統的方案無法實現4G到5G的平滑升級。

如果新建傳統DAS室內分布系統，饋線對高頻段信號衰減較大，造成合路點增多，增加信源投資;同時要達到5G時代的速率要求，室內分布系統天線側要滿足4T4R，就意味著要建設4路分布系統，不僅投資將成倍增加，多信道也會導致鏈路不平衡，造成性能差問題。

同時，由于光分布室內分布系統同樣是由傳統RRU作為信源，也無法完成4G到5G的直接改造。所以，各設備廠商及鐵塔公司都在積極探索新的解決方案。

2 5G時代室內分布系統發展趨勢

隨著人們對室內網絡的需求越來越多，新業務應用不斷更新，新技術部署日新月異，使5G室內分布系統建設面對超大容量業務需求，網絡演進需求多樣化，網絡建設復雜度高等問題。針對以上問題，5G室內分布系統采用數字化有源的網絡架構，易于網絡演進，便捷實現MIMO，實現網絡擴容動態化，適配需求智能化。

2.1? 5G室分采用的關鍵技術

2.1.1? 超密組網

5G超密集組網是將控制和承載分離，并以簇化集中控制為主要技術特征的網絡架構。采用UDN網絡部署，增加單位面積內站點密度，利用虛擬層技術，即單層實體網絡構建虛擬多層網絡（虛擬層和實體層），虛擬層承載控制信令，負責移動性管理，實體微基站承載數據傳輸。

實現簇內小區間干擾協同、無線資源協同、移動性管理，提升了網絡容量;激活用戶數與站點數比率越來越大，每個用戶的服務節點數得到提高，以提升用戶體驗。

2.1.2? 虛擬nTnR

基于數字化技術的nTnR網絡，通過技術創新，在不增加硬件成本的條件下，利用多個4T4R pRRU覆蓋的交疊區組成一個8T8R/16T16R的虛擬網絡，從而為用戶帶來成倍的高速體驗。無須硬件改動，通過后臺軟件升級即可快速實現8T8R或16T16R，成倍提升用戶高速體驗;

2.1.3? Massive MIMO及大規模天線陣列

Massive MIMO技術能充分利用空間資源，通過多個天線實現多發多收，在不增加頻譜資源和天線發射功率的情況下，可以成倍的提高系統信道容量。同時采用空間自由度，最大限度地提高無線鏈路傳輸的可靠性，從而獲得更廣的覆蓋范圍和更好的用戶體驗。區別于4G MIMO的最多8天線，5G MIMO中可實現16/32/64/128天線，甚至更多，形成大規模天線陣列，以滿足波束賦形根據特定場景自適應的調整天線。

5G時代MIMO技術，通過大規模天線陣列負責在發送端和接收端將越來越多的天線聚合進越來越密集的數組，同時波束賦形負責將每個信號引導到終端接收器的最佳路徑上，提高信號強度，避免信號干擾。同時大大降低了四根天線同時經歷深度衰落的概率，使組合接收信號的信噪比波動穩定，提高了接收信號的質量。能夠有效提升終端接收信號強度;同頻服務更多用戶，提高網絡容量;有效減少小區間的干擾。利用空間信道衰落的獨立性，向下4個空間信道的維度（四個并行數據流在同時頻率資源上傳輸），上行兩個空間信道的維度，空間重用增益，峰值率提高100%[2]。

2.2? 5G室內覆蓋發展思路

在5G時代，主要工作頻段處于3.5GHz、4.9GHz及以上的高頻段網絡，以至室內分布系統天線點位數量會有所增加[1]，隨著5G時代人們對網絡要求越來越高，手機終端各種應用將爆炸式增多，要求5G室內分布系統具有以下特點：（1）5G室內分布設備要體積小、重量輕;（2）5G網絡具有高容量，低時延，提升用戶體驗;（3）施工簡便，改造升級無須二次進場;（4）實現4G、5G共摸平滑演進;（5）可視化運維，系統維護及故障排查簡單。

35G時代新型數字室分的運用

5G時代，隨著傳統DAS室內分布系統暴露出不可協調的弊端，針對業務密集型重點場景（例如交通樞紐、大型場館等）各設備廠家推出新型數字室分系統，如華為的LampSite、中興的Qcell、愛立信的RDS等。和傳統DAS相比，新型數字化室分系統具有部署簡單、施工協調難度小、擴容靈活、運維可視等優點，可以大大提高網絡容量，提升網絡運維效率。

新型數字室分主要由基帶單元（BBU）、擴展單元（p-Bridge）、遠端單元（pRRU）3級架構組成。遠端單元將射頻單元和天線功能集成于一身，提高了美化程度，降低了天線尺寸，擴展單元與遠端單元之間采用網線或光電復合纜連接，降低了協調及施工難度。遠端單元內置4T4R天線，可以實現Massive MIMO功能，提高用戶容量，增加用戶體驗。同時遠端單元為有源設備，可以實現多模開通，可實時對遠端設備進行監控，使故障排查更加直觀簡單。

新型數字化室分系統部署簡單、運維可視、管理智能、維護方便，能夠跟隨標準，支持4G、5G各階段的業務、容量、用戶體驗等需求，可以平滑升級，最大程度縮減建設周期，將是5G時代重點場景室內分布系統的主要解決方案。考慮運營商投資成本，傳統DAS系統仍將占有一席之地，鐵塔公司積極探索創新型廣角泄露電纜設計方案，解決覆蓋問題的特殊場景。

4? ? 結語

5G時代，由于現網存量傳統DAS分布系統的無源器件和饋線不支持高頻段，不能對器件進行監控，改造成本高，不能大規模擴容，因此傳統DAS分布系統在5G時代只能用于某些低頻段、低容量場景（例如隧道、地下停車場、電梯等）。而新型數字化室分系統由于部署簡單、運維可視化、支持大規模MIMO等優點，更適合向5G平滑過渡，將是5G室內分布系統的主角。

[參考文獻]

[1]陳武，劉金鳳.5G時代室內分布系統發展趨勢[J].數字通信世界，2019（10）：139-140.

[2]王成文，孫鵬飛，王宏博.5G網絡在室內分布系統中的發展趨勢[J].中國新通信，2019（16）：70-71.

[3]李民.淺析5G時代室內分布系統發展趨勢研究[J].電子世界，2018（24）：42.

（編輯 何 琳）