5G 室內分布系統規劃與設計

陳璐

（中鐵二院工程集團有限責任公司，四川 成都 610031）

移動通信從產生到現在已為人類生活帶來翻天覆地的改變，而5G通信技術更是打破了空間對人類的限制，將人類帶入信息社會，快速便捷地實現了人與人、人與物、物與物的信息交互。在4G網絡時代，數據業務超過70%的流量發生在室內區域。隨著超高視頻、AR/VR、增強現實等業務的進一步發展，未來5G時代超過90%的數據業務將發生在室內。5G系統與4G系統相比使用了更高的頻段，相對于4G系統其傳播損耗和墻體穿透損耗更高。因此室外5G宏基站信號覆蓋室內無法達到良好的覆蓋效果。辦公區域、高鐵、地鐵、機場、體育場等場景的室內覆蓋是運營商樹立良好品牌的最重要場景，也是運營商在5G時代決勝的關鍵場景。

1 室內分布系統覆蓋方案

1.1 室內覆蓋系統

室內覆蓋具有以下特征：①高容量性。在辦公區域、機場候機廳、高鐵候車廳等人員密集場所，由于移動終端數量密度大且數據流量需求大，該類場景的網絡容量需進行單獨設計。②室內區域弱場。因為建筑結構及自身材料特點使穿透建筑墻體等引起信號電平衰落，從而形成信號弱場區甚至是盲區。③信號質量較差。高層建筑、高鐵隧道內空間信號存在不穩定，容易出現乒乓效應和多普勒效應，存在話音質量和網絡質量差的情況。且頻繁的小區切換容易出現掉話現象。

室內分布系統由信號源和分布系統兩部分組成，分布系統是將室外引入的信號合理分配在室內覆蓋區域，一個良好的室內分布系統應完成本區域范圍覆蓋，且未對其他區域造成干擾。從運營商的角度來說室內分布系統同時考慮覆蓋指標、經濟性、運行維護難度等多維度選擇室內覆蓋方案。

1.2 室內覆蓋分布系統的技術方案

1.2.1 無源室內系統

分布式天線系統（Distributes Antenna System，DAS）是目前常見的一種無源分布系統，其主要由功分器、耦合器和天線、饋線等組成。信號源通過耦合器、功分器進行分路，通過選擇不同的耦合器和功分器將各路末端輸出信號盡可能調平，從而實現室內信號的均勻分布。無源分布系統分布方式如圖1所示。

圖1 無源分布系統分布方式

無源分布方式用基站、微蜂窩或直放站作為室內分布的信號源，使用耦合器和功分器等功率分配器件將信號功率進行合理分配，再通過饋線傳輸到室內各個收發天線對室內區域進行覆蓋，其中可根據信號衰減的程度增加干線放大器。這種方式安裝簡單，投資較小。工程實施的關鍵是選擇放置室內覆蓋天線的最佳位置和合理的功率分配。由于使用了無源功率分配器件和饋線傳輸，對信號功率衰減較大，覆蓋范圍不大。若信號的功率太弱，一般可以通過干線放大器來補充，但是干線放大器的加入會帶來噪聲，多級干線放大會形成噪聲的累積，故系統覆蓋范圍受到一定的限制。

1.2.2 有源室內系統

有源室內系統是將基帶信號通過光纖、五類線傳輸和分布的一種新型室分系統，該系統具有易部署、配置靈活、維護方便等特點。有源室內系統一般也被稱為毫瓦級分布式皮基站，分布式皮基站采用分布式架構，一般由基帶單元（BBU）+擴展單元（RHUB）+遠端單元（PRRU）三部分組成，基帶單元與擴展單元通過光纖連接，擴展單元與遠端單元通過網線或者光電復核連接。BBU為基帶處理單元，負責整個基站系統的控制管理，通常部署在建筑物通信設備機房，機房中需布置空調環監等設備。RHUB為射頻遠端CPRI數據匯聚單元，實現基帶單元與遠端單元之間的通信，擴展單元通常分布在樓層的每一層，安裝在設備間或弱電井中。PRRU為射頻拉遠單元，實現射頻信號處理功能，根據現場實際情況安裝在樓層內各區域。

分布式皮基站與傳統室分相比具有部署靈活、用戶感知好、易于維護等優點，具體如下：①覆蓋能力強，用戶體驗好。有源分布系統的遠端單元集成內置天線，同時實現多頻多模的部署，單臺設備支持MIMO，速率提升顯著，用戶體驗好。②容量靈活調度。根據有源分布系統的特點，1個小區可包括單個或者多個遠端天線單元。實際應用時，可根據建筑物的容量需求及廠商設備支持的小區分裂和合并能力，靈活進行小區規劃。③結構簡單，施工便捷。光纖/網線傳輸，設備美化與功分器、耦合器等無源器件相比施工簡單，單設備PRRU比天線覆蓋半徑大，設備點位較少。④可視化運維，網絡可管可控。網絡運行中會不斷出現各種問題或故障，為保障用戶良好感知和網絡高效運營，需要對網絡實行精細化維護，系統監控全覆蓋可以快速準備定位系統和設備故障，方便運維。⑤可實現平滑升級。新系統可利舊原系統，網絡可以通過更改設備平滑升級至5G，施工簡單快捷。

在典型場景的不同區域設置不同類型的室內分布系統。以某大型機場航站樓的場景細化為例，具體如表1所示。

表1 某大型機場航站樓的場景細化情況

2 室內分布系統覆蓋方案設計原則

第一，室內分布系統工程的建設應從投資成本、投資回報比、現場施工難度、網絡性能目標等多個維度進行考慮，應在保證室內覆蓋的網絡質量的同時，不可對目前室外網絡的穩定性和安全性造成影響。

第二，室內分布系統應根據現場實際需求，綜合考慮2G/3G/4G/5G網絡的建設，如可以共享時，應優先考慮共享方案降低建設成本，多系統設置時，應考慮系統間的隔離度，避免系統間的干擾。

第三，建設室內分布系統建設時應系統具有易擴容性，未來擴容時不改變原有系統架構的情況下，可以通過更換設備及小區分裂合并等方式實現快速擴容。

第四，室內分布系統建設時電磁輻射必須滿足國家和通信行業相關標準，DAS應采用“多天線、小功率”的原則，而皮基站設置PRRU時也應考慮設備數量和位置。

第五，室內分布系統建設的設備、器件、線纜應滿足相關技術規范和要求。

3 室內分布系統覆蓋方案設計流程

室內分布系統設計流程如圖2所示。

圖2 室內分布系統設計流程

收集項目信息。對建筑物周圍的無線通信系統進行梳理和規劃，對周邊基站的位置、設計容量、實際使用容量和扇區朝向的信息進行統計，以便選用合適的覆蓋方案。

確認運營商需求。與運營商及相關客戶積極溝通，獲取建筑物內覆蓋需求。

選擇確認覆蓋區域。設計系統分布系統時先應收集室內建筑物站點信息，對建筑物內各區域的功能進行分類，根據現場實際情況將區域分為高價值、中等價值和低價值區域，根據分類選擇覆蓋方案。以機場為列，機場售票區、候機區域、安檢區域、頭等艙候機室等分為高價值區域；商業店鋪區域、各航空公司值機區域、各銀行自助取款機等分為中等價值區域；地下室、地下停車場、機場員工休息區域等則分為低價值區域。

容量規劃。影響容量估算的因素較多，包括環境、多天線技術、干擾消除、設備性能等因素較多，需根據系統仿真軟件和實際統計數據進行測算小區的吞吐量和小區邊緣的吞吐量。

設備、接入方式。5G覆蓋時采用傳統DAS還是皮基站進行覆蓋，確單小區平均吞吐量需求，確認數據業務的目標速度值，根據設計目標選定相應的設備及其接入方式。

切換點規劃。室內分布系統小區的切換主要分為室內系統和室外系統的切換，切換點一般設置在建筑物各入口；室內各小區切換一般設置在電梯口處。

路損分析。對于室內分布系統覆蓋的各個區域，需要利用室內信號傳播模型對傳播路徑損耗進行計算分析。

系統方案設計。根據前期選定收集的信息確定各區域的覆蓋方案，選擇適合的接入設備和接入方式，確定設備的安裝方式和安裝位置等信息。完成無線通信系統圖、設備安裝圖、天線位置布置圖等，運營商和業主審查后，進入工程實施階段。

4 結束語

隨著技術的發展，5G網絡將支持更多的業務和應用場景，如高帶寬低時延的eMBB業務，超高可靠、超低時延的URLLC等業務。未來將是5G的時代，然而考慮到投資、運維和投資回報率等問題，5G網絡應逐步推廣覆蓋，因地制宜選取室內覆蓋方案發展5G室內業務。