基于變頻雙路升級(jí)NR-5G網(wǎng)絡(luò)室分系統(tǒng)的解決方案

吳培璽 殷滿義 趙建勛

中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)青海有限公司

0 引言

5G技術(shù)需要較大的頻譜帶寬，當(dāng)前運(yùn)營(yíng)商獲得的5G網(wǎng)絡(luò)頻段都是高頻，而高頻導(dǎo)致的空衰和穿透損耗較之4G更加明顯，因此僅通過(guò)宏站覆蓋室內(nèi)效果有限，5G室分建設(shè)勢(shì)在必行。目前，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通的存量室分設(shè)備大約有100萬(wàn)套，其中80%為DAS系統(tǒng)，DAS系統(tǒng)中90%為單路。僅中國(guó)移動(dòng)就有近50萬(wàn)個(gè)4G室分站。數(shù)量龐大的存量站點(diǎn)如何順利升級(jí)到5G，充分發(fā)揮原有室分建設(shè)優(yōu)勢(shì)，保護(hù)已有投資，是5G室分建設(shè)需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

1 5G建設(shè)要求

M-MIMO（Multi-Input Multi-Output，大規(guī)模陣列多輸入多輸出）是5G的核心技術(shù)之一，在通信領(lǐng)域，M-MIMO技術(shù)也是無(wú)線通信不斷發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。在宏站建設(shè)中，可通過(guò)矩陣天線來(lái)實(shí)現(xiàn)M-MIMO功能，但在室分的單根饋纜中，無(wú)法實(shí)現(xiàn)同頻信號(hào)的多通道M-MIMO傳輸，使得終端速率僅為網(wǎng)絡(luò)標(biāo)稱(chēng)值的一半以下，較低的網(wǎng)速會(huì)極大影響用戶(hù)體驗(yàn)，尤其無(wú)法實(shí)現(xiàn)5G三大核心功能中決定速率的增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）功能。

1.1 M-MIMO與SISO的對(duì)比

傳統(tǒng)通信技術(shù)可以稱(chēng)之為“SISO”（Single Input Single Output，單輸入單輸出），發(fā)射端和接收端分別使用單個(gè)發(fā)射單元和接收單元，在一對(duì)一的情況下完成數(shù)據(jù)傳輸，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多通道收發(fā)功能。

MIMO技術(shù)是在發(fā)射端和接收端分別使用多個(gè)發(fā)射單元和接收單元，使信號(hào)通過(guò)發(fā)射端與接收端的多個(gè)單元傳送和接收，從而改善通信質(zhì)量、提高傳輸速率。

1.2 中國(guó)移動(dòng)集團(tuán)建設(shè)指導(dǎo)意見(jiàn)

基于中國(guó)移動(dòng)集團(tuán)公司的5G室分規(guī)劃要求，5G室分的建設(shè)要做到大流量、低延時(shí)和廣連接，且分布系統(tǒng)可管可控。分布式皮基站4T4R的建設(shè)方式占比較少，大部分場(chǎng)景都落在了新建2T2R的建設(shè)方式下。如何在現(xiàn)有條件下低成本、高指標(biāo)地實(shí)現(xiàn)2T2R分布系統(tǒng)且實(shí)現(xiàn)可管可控，是一個(gè)新的挑戰(zhàn)。

2 利用變頻技術(shù)升級(jí)DAS的方案

設(shè)計(jì)一種利用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)單纜雙路覆蓋+可管可控的方案。

2.1 變頻技術(shù)的原理

變頻技術(shù)在TD-LTE時(shí)代就已經(jīng)有所應(yīng)用。5G時(shí)代，變頻核心思路是通過(guò)對(duì)5G-NR RRU的一個(gè)通道進(jìn)行變頻，實(shí)現(xiàn)在一路天饋系統(tǒng)中傳輸兩路信號(hào)，達(dá)到雙流5G-NR傳輸?shù)哪康模砣鐖D1所示。變頻系統(tǒng)設(shè)備由近端機(jī)和遠(yuǎn)端機(jī)組成，其中近端機(jī)可以和多系統(tǒng)合路器集成，遠(yuǎn)端機(jī)和雙極化天線集成。

圖1 變頻技術(shù)原理

2.2 核心技術(shù)

（1）雙流功率自動(dòng)平衡

功率自動(dòng)平衡功能，監(jiān)控兩路NR信號(hào)的功率并使其自動(dòng)平衡，幅度差在1 dB以?xún)?nèi)，保證了最佳的傳輸速率，克服了雙纜施工時(shí)布線差異造成的功率失衡。

（2）功率自動(dòng)補(bǔ)償

功率自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)制，監(jiān)控天線末端輸出功率是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)天線輸出功率較低時(shí)自動(dòng)補(bǔ)償放大相應(yīng)功率至標(biāo)準(zhǔn)值，實(shí)現(xiàn)天線智能化增益補(bǔ)償。

（3）實(shí)時(shí)監(jiān)控

可實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)覆蓋饋纜和天線的實(shí)時(shí)監(jiān)控，避免運(yùn)營(yíng)商對(duì)傳統(tǒng)無(wú)源饋纜掃雷式健康檢測(cè)和難以定位故障的難題。消除監(jiān)控盲區(qū)，先于用戶(hù)投訴發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

（4）單纜變頻雙向MIMO

使用單饋纜傳輸2T2R雙向5G-NR同頻信號(hào)。

（5）多系統(tǒng)單纜共存

系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)除5G-NR外的2G/3G/TDD-LTE/FDD-LTE多業(yè)務(wù)信號(hào)單纜同時(shí)接入，即使本系統(tǒng)發(fā)生故障，仍能保證其它系統(tǒng)和NR單流（直通路）正常覆蓋。

（6）近端機(jī)與遠(yuǎn)端機(jī)解決大規(guī)模施工重建

在原有線路不變的情況下，安裝唯得單纜室分系統(tǒng)，在5G RRU后安裝近端機(jī)，將原有天線替換為遠(yuǎn)端機(jī)。沒(méi)有了大規(guī)模重建和改造，無(wú)需協(xié)調(diào)物業(yè)，施工成本降低了至少3倍，建設(shè)周期是原來(lái)的1/5。

2.3 存量站點(diǎn)升級(jí)到5G的方案

對(duì)于存量的單路或者雙路DAS系統(tǒng)直接升級(jí)到5G，目前只有通過(guò)合路的方式進(jìn)行。對(duì)于低價(jià)值場(chǎng)景如停車(chē)場(chǎng)和電梯，單路直接合路的方式也未嘗不可。

但是中高價(jià)值的雙路站點(diǎn)，合路以后2T2R效果并不理想。雙路工作，其兩個(gè)支路的功率差必須低于1 dB，否則上下行速率達(dá)不到雙路的要求。而無(wú)論是利舊雙路還是利舊一路新建一路，都無(wú)法克服因施工工藝或線路老化而引起的功率差過(guò)高的問(wèn)題，且無(wú)源分布系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)可管可控的需求。

3 應(yīng)用驗(yàn)證實(shí)例情況

以下為中國(guó)移動(dòng)某地市實(shí)際運(yùn)用變頻技術(shù)升級(jí)5G的案例。

3.1 基本情況介紹

物業(yè)點(diǎn)為某地市某商場(chǎng)，隔斷較多，用戶(hù)均使用流量上網(wǎng)，屬于流量高發(fā)的熱點(diǎn)場(chǎng)景。本次運(yùn)用變頻系統(tǒng)在原有的4G單纜分布上，成功實(shí)現(xiàn)雙路的5G效果，各項(xiàng)性能指標(biāo)和覆蓋效果均達(dá)到驗(yàn)收要求。

現(xiàn)場(chǎng)建筑原天線分布在走廊。通過(guò)變頻的系統(tǒng)升級(jí)到5G時(shí)，4G的天線點(diǎn)位沒(méi)有變化。

3.1.1 設(shè)備使用情況

組網(wǎng)方式：NSA組網(wǎng)。

信源設(shè)備：該物業(yè)點(diǎn)原有4G RRU為華為3182-e，為室分E頻段設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)新增一臺(tái)華為5G大功率RRU 5152-fad。新增一套變頻系統(tǒng)。

分布系統(tǒng)：利舊原有單纜DAS系統(tǒng)，無(wú)需重新布放線纜。

3.1.2 設(shè)備連接圖

現(xiàn)場(chǎng)使用合路器，將NR RRU的一路信號(hào)、NR錨點(diǎn)信號(hào)和原LTE信號(hào)合路進(jìn)入變頻系統(tǒng)近端機(jī)的主路，NR的另外一路信號(hào)直接進(jìn)入變頻系統(tǒng)近端機(jī)的輔路。所有信號(hào)通過(guò)變頻近端機(jī)的輸出路傳送至變頻遠(yuǎn)端機(jī)，再由一體化遠(yuǎn)端機(jī)還原成雙路5G信號(hào)、單路4G信號(hào)進(jìn)行覆蓋，如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接示意圖

3.1.3 網(wǎng)管監(jiān)控功能

設(shè)備主機(jī)具備TCP/IP、GPRS、4G和短信通信方式，可接入網(wǎng)管平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻近端機(jī)和遠(yuǎn)端一體化天線的監(jiān)控。

3.2 性能測(cè)試情況

3.2.1 下載速率測(cè)試

（1）速率值對(duì)照表

5G下載速率測(cè)試時(shí)共進(jìn)行了三次，第一次開(kāi)啟變頻系統(tǒng)，此時(shí)下載測(cè)試為雙流的數(shù)值；第二次關(guān)閉變頻系統(tǒng)，系統(tǒng)下載恢復(fù)到了單流數(shù)值；第三次開(kāi)啟變頻系統(tǒng)進(jìn)行遍歷測(cè)試，測(cè)試數(shù)值略低于定點(diǎn)測(cè)試。

（2）邊緣場(chǎng)強(qiáng)與速率的關(guān)系

現(xiàn)場(chǎng)也記錄了5G雙流時(shí)，各場(chǎng)強(qiáng)下的速率變化情況，由圖3可以看出，場(chǎng)強(qiáng)超過(guò)-85db以后，下載速率下降明顯。

圖3 場(chǎng)強(qiáng)與下載速率關(guān)系圖

表1 5G變頻系統(tǒng)開(kāi)啟前后下載速率對(duì)比

3.2.2 覆蓋指標(biāo)

（1）NR和LTE覆蓋效果占比統(tǒng)計(jì)，如表2所示。

表2 覆蓋效果占比統(tǒng)計(jì)表

備注：此次RRU的功率為39.7db，約10W的輸出功率。沒(méi)有按照設(shè)備標(biāo)稱(chēng)的滿功率100W配置。

（2）NR和LTE場(chǎng)強(qiáng)高均低對(duì)比統(tǒng)計(jì)，如表3和圖4所示。

圖4 5G和LTE場(chǎng)強(qiáng)高均低統(tǒng)計(jì)對(duì)比圖

表3 5G和LTE場(chǎng)強(qiáng)高均低對(duì)比統(tǒng)計(jì)表

本次也評(píng)估了5G變頻雙路系統(tǒng)接入后，對(duì)原有4G室分的覆蓋指標(biāo)有無(wú)影響，經(jīng)測(cè)試，4G覆蓋指標(biāo)與之前相同。

4 結(jié)束語(yǔ)

從本次系統(tǒng)測(cè)試可以看出：

第一，通過(guò)變頻技術(shù)，可以在單纜上實(shí)現(xiàn)5G 2T2R雙路的效果。變頻雙路系統(tǒng)開(kāi)啟前，單路平均下載速率為355.48Mbps，變頻雙路系統(tǒng)開(kāi)啟后，雙路平均下載速率為666.93Mbps，是單路的1.87倍，體現(xiàn)了2T2R的指標(biāo)性能。變頻雙路系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)自動(dòng)功率平衡和補(bǔ)償技術(shù)，能夠控制雙路末端功率差穩(wěn)定保持在1dB以?xún)?nèi)，與傳統(tǒng)雙路建設(shè)相比較，避免了因施工工藝和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境限制而影響雙支路效果。變頻雙路技術(shù)的下載速率接近5G NR 2T2R理論峰值。

第二，可廣泛應(yīng)用于5G的2T2R建設(shè)場(chǎng)景。首先對(duì)存量DAS室分，變頻雙路技術(shù)是一種很好的2T2R的改造方案。利用原有單路室分系統(tǒng)的線纜，無(wú)需再進(jìn)行線纜施工，物業(yè)協(xié)調(diào)簡(jiǎn)單，免除大規(guī)模室分重建、改造，極大地減少了工程量，易于協(xié)調(diào)實(shí)施和快速部署。

第三，變頻系統(tǒng)兼容4G E頻段，安裝前后覆蓋質(zhì)量略有提升，指標(biāo)波動(dòng)都在合理范圍之內(nèi)，表明該系統(tǒng)不會(huì)對(duì)原有室分系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

第四，系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)的天饋監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)備遠(yuǎn)端機(jī)帶直流電，能夠監(jiān)控到末端天線工作狀態(tài)，有利于及時(shí)排障，可極大提高工作效率，優(yōu)化工作流程，降低運(yùn)維成本。能耗方面也低于數(shù)字化室分。

運(yùn)營(yíng)商的5G建設(shè)目前主要集中在宏站的建設(shè)上，對(duì)于存量室分站點(diǎn)的升級(jí)和建設(shè)，除了新型室分外，各地仍在采用簡(jiǎn)單的合路方式進(jìn)行，但是直接合路的方式也存在各種問(wèn)題；而新建雙路的建設(shè)方式也存在協(xié)調(diào)難和性能指標(biāo)不高的問(wèn)題。變頻系統(tǒng)的出現(xiàn)，平衡了施工與性能指標(biāo)，是一種創(chuàng)新的5G升級(jí)方式。