5G網(wǎng)絡(luò)室分性能與建設(shè)策略

楊 誠(chéng)

（中國(guó)電信股份有限公司石家莊分公司，河北 石家莊 050000）

1 5G網(wǎng)絡(luò)室分設(shè)計(jì)原則

總體而言，盡管傳統(tǒng)的室內(nèi)分布天線具有良好的信號(hào)覆蓋性能，但是其建設(shè)部署困難，擴(kuò)容能力有限。因此，研究和開(kāi)發(fā)一種新穎的室內(nèi)分布天線，對(duì)于改善室內(nèi)信號(hào)覆蓋范圍是有十分重要的意義。5G設(shè)計(jì)要符合“成本”與“需求”兩大要素。在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，必須遵守下列規(guī)定：一是簡(jiǎn)易部署原理。5G在室內(nèi)的布局要簡(jiǎn)易，不能受傳統(tǒng)4G網(wǎng)絡(luò)的限制，要敢于大膽地進(jìn)行，要能靈活地進(jìn)行高品質(zhì)的部署。二是涵蓋范圍廣泛。5G在小區(qū)劃分中，不僅要確保基站分區(qū)的覆蓋質(zhì)量，還要兼顧將來(lái)的升級(jí)改造。三是有效溝通的原則。在對(duì)5G信號(hào)進(jìn)行分類(lèi)時(shí)，技術(shù)人員要充分考慮其通信品質(zhì)，以充分發(fā)揮5G技術(shù)的高傳輸效能[1]。

2 5G DAS

DAS是2G時(shí)代后的主要室內(nèi)覆蓋技術(shù)，擁有成熟的產(chǎn)業(yè)鏈、穩(wěn)定的性能和合理的價(jià)格。在2G/3G時(shí)代，用戶的業(yè)務(wù)以語(yǔ)音為主，但也有少量的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)通信量很低。單通道DAS能夠很好地滿足用戶的需要[2]。

在4G時(shí)代，用戶業(yè)務(wù)向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)演進(jìn)。在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益加劇的情況下，運(yùn)營(yíng)商紛紛終止了“流量紅利”，推出了無(wú)限流量套餐，這就導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)容量的激增。在擁擠的大樓里，單通道DAS看起來(lái)很難滿足容量要求。從單通道到雙通道DAS的轉(zhuǎn)換是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，由于鏈路不均衡，MIMO的性能很難得到保障。所以，在交通擁擠地區(qū)（機(jī)場(chǎng)，火車(chē)站，學(xué)校，醫(yī)院等），通信公司往往會(huì)使用新的機(jī)房。

2.1 5G DAS的難點(diǎn)

（1）不能使用目前的4G DAS被動(dòng)裝置。電信運(yùn)營(yíng)商已有的DAS被動(dòng)器件（功率分路器、耦合器、合路器、天線等）均能在800 MHz～2.7 GHz。電信運(yùn)營(yíng)商的5G帶寬是3.5 GHz，如果電信運(yùn)營(yíng)商想要用DAS來(lái)部署5G，就必須建立一個(gè)新的DAS系統(tǒng)，并且要用新的被動(dòng)元件來(lái)支持3.5 GHz[3]。

（2）工程實(shí)施困難。5G業(yè)務(wù)超過(guò)半數(shù)的室內(nèi)場(chǎng)景都需要4T4R。在其他情況下，2T2R主要采用雙向DAS，很少有區(qū)域采用單向DAS來(lái)實(shí)現(xiàn)1T1R。4路DAS工程的實(shí)施十分復(fù)雜，4T4R MIMO很難保證，實(shí)際仍是以雙向DAS為基礎(chǔ)。

（3）成本不具有競(jìng)爭(zhēng)性。5G DAS的建造費(fèi)用增加了一倍。主要原因有：首先，3.5 GHz的被動(dòng)器件比4G的被動(dòng)器件要貴一倍。國(guó)內(nèi)還沒(méi)有生產(chǎn)大量的設(shè)備，設(shè)備的批量制造依賴于市場(chǎng)占有率。其次，3.5 GHz饋線的損耗比較大，因此需要在室內(nèi)增加一些天線。第三，5G DAS實(shí)際上是兩個(gè)DAS，而且兩個(gè)DAS也會(huì)提高成本。

2.2 5G DAS試點(diǎn)

中國(guó)電信已經(jīng)開(kāi)始嘗試5G網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)覆蓋。實(shí)驗(yàn)環(huán)境是大型宴會(huì)場(chǎng)所，采用半開(kāi)放的雙向DAS系統(tǒng)，可同時(shí)支持2.1G LTE+3.5G NR。試驗(yàn)結(jié)果是：

（1）在同樣的輸出功率下，3.5 GHz的平均接收?qǐng)鰪?qiáng)是-81.5 dBm，而2.1 GHz平均接收?qǐng)鰪?qiáng)是-76.9 dBm，3.5 GHz和2.1 GHz間的平均接收?qǐng)鰪?qiáng)差異是5 dB。

（2）3.5 GHz的覆蓋范圍超過(guò)-105 dBm，達(dá)到90%覆蓋率，滿足覆蓋要求。

（3）雙信道Das3.5 GHznr小區(qū)，其峰值下載率可達(dá)600 Mbps或更高，其平均下載速率為300～400 Mbps，下行RI值較低，表明DAS雙通道不均衡，到達(dá)雙流的下行點(diǎn)很少。

（4）3.5 GNR雙路DAS單元的平均上傳速率為65～80 Mbps，性能較好。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，DAS是一種可行的5G室內(nèi)分支系統(tǒng)，可以在滿足網(wǎng)絡(luò)容量和建造費(fèi)用要求下，實(shí)現(xiàn)5G室內(nèi)分支系統(tǒng)的構(gòu)建[4]。

3 5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)面臨的主要問(wèn)題

3.1 室內(nèi)外同頻干擾對(duì)室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能的影響

在2.6 GHz的情況下，構(gòu)建了5G網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)。同頻網(wǎng)絡(luò)的干擾，尤其是在戶外宏基站負(fù)載的情況下，5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)深度覆蓋的前期，必須充分考慮其對(duì)室內(nèi)環(huán)境的影響。

選取4T4R分布接收機(jī)所布置的室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行室內(nèi)外干擾的檢測(cè)與分析。室內(nèi)覆蓋裝置開(kāi)啟，戶外宏站點(diǎn)拆除，室內(nèi)下行鏈路的平均速率為609 Mbps。在戶外宏站的干擾達(dá)到50%的情況下，室內(nèi)的平均下行速率下降到438 Mbps，平均損耗是28.1%。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，室內(nèi)外信號(hào)電平差超過(guò)-5 dB，在戶外負(fù)荷50%的情況下，傳輸率損失可達(dá)44%；當(dāng)室內(nèi)外信號(hào)水平差在0～5 dB時(shí)，室內(nèi)用戶的能力損耗達(dá)到30%；在室內(nèi)外信號(hào)水平差5～10 dB的情況下，對(duì)室內(nèi)環(huán)境的影響可以小于20%。室內(nèi)外同頻網(wǎng)絡(luò)對(duì)室內(nèi)性能的影響較大，尤其是在室外信號(hào)比室內(nèi)強(qiáng)的情況下，其性能損耗在40%以上。室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)強(qiáng)度要比戶外信號(hào)電平高6 dB，以保證室內(nèi)使用者的性能損耗不超過(guò)20%[5]。

3.2 傳統(tǒng)室分升級(jí)可行性分析

2.6 GHz的頻率在5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)使用，在2.6 GHz波段時(shí)，功率分路器、耦合器直路、天線的插入損失與2.3 GHz波段的傳輸損失基本一致，誤差在0.01 dB左右。耦合器的耦合端損失為1.41 dB，而1/2饋線100 m損耗2.6 dB，高于2.3 GHz 的1.4 dB。2.6 GHz與2.3 GHz相比，7/8饋線的100 m損耗高0.9 dB。同時(shí)，由于壁面損失和空間損失不同，2.6 GHz與2.3 GHz之間的理論損失相差在4.2 dB左右。對(duì)空中界面的覆蓋能力進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，在實(shí)際測(cè)試中，各界面的平均誤差在4.6 dB左右。

在此基礎(chǔ)上，比較分析4G/5G網(wǎng)絡(luò)的性能。在4 gmr覆蓋范圍內(nèi)，估算RSRP在-110 dBm以上的采樣點(diǎn)數(shù)超過(guò)90%。為了保證5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋超過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)，采用常規(guī)的室內(nèi)劃分和組合線路，4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋必須符合RSRP>105 dBm的采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)數(shù)大于90%。

3.3 雙通道不平衡對(duì)5G性能影響

在LTE中部署雙信道間的系統(tǒng)，5G NR可以被直接更新。這部分重點(diǎn)分析了5G NR系統(tǒng)中的雙信道失衡。在5 dB的信道差別下，性能損耗率在20%左右，在10 dB時(shí)，性能損耗率在30%左右。所以，在采用雙DAS的情況下，為了保證5G網(wǎng)絡(luò)的性能，兩信道間的電平差應(yīng)該在5 dB以上。

在LTE網(wǎng)絡(luò)中，兩個(gè)通道的差值為0 dB時(shí)，Rank2為76%；在兩個(gè)通道的差值為5 dB時(shí)，Rank2約為60%。隨著兩個(gè)頻道的差別進(jìn)一步擴(kuò)大，Rank2的比率會(huì)進(jìn)一步下降，這會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生很大的影響，所以Rank2比率可以被用來(lái)評(píng)價(jià)雙通道的均衡[6]。

4 5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋規(guī)劃組網(wǎng)測(cè)試分析

4.1 RSRP性能

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋特性點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果分析，5G、4G的平均RSRP指數(shù)均具有很好的一致性；邊緣RSRP指數(shù)5G比4G稍好，都在-105 dBm以上。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，單側(cè)帶RSRP的性能指標(biāo)基本達(dá)到了預(yù)期，5G網(wǎng)絡(luò)與4G網(wǎng)絡(luò)的性能基本一致。由于傳統(tǒng)DAS在2.6 GHz波段存在著更換合路器、部分器件性能較差等問(wèn)題，因此在實(shí)際應(yīng)用中必須先保證DAS對(duì)2.6 GHz的支持。在試驗(yàn)中，相同的建設(shè)方案與NSA的情況會(huì)有差異，所以NSA與SA的RSRP結(jié)果也會(huì)有所不同。實(shí)際上應(yīng)用中，NSA和SA對(duì)RSRP的作用微乎其微。

4.2 SINR性能

在某些測(cè)點(diǎn)處，5G網(wǎng)絡(luò)邊沿SINR值比4G網(wǎng)絡(luò)的低，這是因?yàn)轭l譜消除的原因，4G網(wǎng)絡(luò)戶外信號(hào)的干擾會(huì)對(duì)測(cè)試場(chǎng)景造成一定的影響。當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)的測(cè)試屬性點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，所以SINR索引只會(huì)對(duì)部分地區(qū)受影響。在此基礎(chǔ)上，隨著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，SINR的性能指標(biāo)將會(huì)低于實(shí)際的測(cè)試指標(biāo)。

4.3 下行速率性能

在常規(guī)DAS中，5G網(wǎng)絡(luò)的單通道DAS可以達(dá)到110 Mbps，而在常規(guī)的雙通道DAS中，下行邊界率在200 Mbps左右。5G網(wǎng)絡(luò)的下行率和峰值速率比4G網(wǎng)絡(luò)快5倍。下行鏈路的邊沿率在160～270 Mbps之間，而5G網(wǎng)絡(luò)的下行鏈路平均速率和峰值速率則要高出10多倍。由于5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋測(cè)試特征點(diǎn)通常距離宏站很遠(yuǎn)，因此對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的同頻干擾影響不大。到了后期，由于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的建成，傳輸速率將會(huì)出現(xiàn)很大的損失，預(yù)計(jì)將會(huì)降低30%到50%。另外，由于傳統(tǒng)DAS特征點(diǎn)中存在著少量的測(cè)試樣點(diǎn)，不能很好地體現(xiàn)DAS的特性，因此必須在以后的研究中添加更多的樣本點(diǎn)[7]。

4.4 上行速率性能

在常規(guī)DA S中，5 G單通道傳統(tǒng)的5 G單通道DAS的上行邊界速率是7.4 Mbps，而雙通道DAS則是14.4 Mbps。5G網(wǎng)絡(luò)的平均速率比4G網(wǎng)絡(luò)快4倍，最高速率比4G快8倍。5G網(wǎng)絡(luò)的平均速率和峰值速率是4G網(wǎng)絡(luò)的10倍左右。上行鏈路的峰值速率和平均速率在NSA和SA兩種情況下，都能從一定程度上反映出上行鏈路的單次傳輸效應(yīng)。

4.5 5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋建設(shè)方式小結(jié)

總體而言，5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋的下行速率與RSRP、SINR基本成正比，而下行速率則隨著RSRP和SINR的下降而下降。在5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)運(yùn)用不同施工方式的RSRP指數(shù)時(shí)，下行速率由高到低依次為分布式微微基站、雙DAS、單DAS。在相同的RSRP條件下，對(duì)MCS序列進(jìn)行了分析。與之對(duì)應(yīng)的是，下行鏈路MCS的數(shù)值呈現(xiàn)出與之相反的規(guī)則。常規(guī)單路DAS具有較高的平均MCS和較好的覆蓋率（RSRP在-105 dBm以上）。為達(dá)到同樣的業(yè)務(wù)速率，必須對(duì)較高M(jìn)CS值分配一個(gè)常規(guī)的單信道DAS。

4.6 5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)外同頻組網(wǎng)性能測(cè)試

試驗(yàn)地點(diǎn)為辦公大樓，在50%的擾動(dòng)情況下，相對(duì)干擾的損耗為-13.5%；當(dāng)干擾達(dá)到50%時(shí)，在宏基站的中心和遠(yuǎn)端，干擾損失率為-5.31%。但是，在50%的干擾情況下，5G網(wǎng)絡(luò)用戶的平均下行速率要比常駐宏站點(diǎn)高2倍。結(jié)果表明：5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)外同頻網(wǎng)絡(luò)在5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋方面存在著一定的性能損耗，宏站能夠覆蓋到室內(nèi)的所有區(qū)域。但是，在有高容量需求的情況下，為了保證服務(wù)的質(zhì)量，5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋仍是必要的。同時(shí)，在5G網(wǎng)絡(luò)室外無(wú)線通信系統(tǒng)中，要考慮到5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)室外通信的影響，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化[8]。

4.7 電聯(lián)共享

中國(guó)電信與中國(guó)聯(lián)通已經(jīng)明確表示，將在5G網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行合作。目前5G網(wǎng)絡(luò)支持3300～3600 MHz，IBW是100 MHz。如果想要在3300～3400 MHz上進(jìn)行分享，那么可選擇中國(guó)電信50 MHz NR+中國(guó)聯(lián)通50 MHz NR的獨(dú)立運(yùn)營(yíng)商共享或者中國(guó)電信+中國(guó)聯(lián)通100 MHz NR共享，目前5G prru都能支持。我們可以在不改變硬件設(shè)備的情況下進(jìn)行軟件更新，從而實(shí)現(xiàn)共享。若要建立共享，要求中國(guó)電信100 MHz NR+中國(guó)聯(lián)通100 MHz NR采用獨(dú)立的運(yùn)營(yíng)商模式，那么目前5G prru的硬件性能將不受支持，必須按照運(yùn)營(yíng)商的要求來(lái)發(fā)展。

5 5G網(wǎng)絡(luò)室分建設(shè)思路

一是保證內(nèi)部分配的壽命，保證整個(gè)系統(tǒng)的品質(zhì)，使之達(dá)到最佳狀態(tài)，并改善整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。二是制訂一系列相互操作的戰(zhàn)略，反映出所提供的服務(wù)和認(rèn)識(shí)，建立一個(gè)統(tǒng)一的參數(shù)設(shè)定方案。三是根據(jù)施工需要，制定出有針對(duì)性的施工方案。建設(shè)規(guī)劃要科學(xué)、合理、嚴(yán)格的建設(shè)周期、適度的類(lèi)型。目前5G網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)帶寬將會(huì)持續(xù)得到改進(jìn)。在過(guò)去，目前的DAS只支持2.7 GHz，而工信部發(fā)布的5G網(wǎng)絡(luò)中，5G的頻率范圍在3300～3400 MHz、3400～3600 MHz以及4800～5000 MHz。在4G時(shí)代，DAS的信號(hào)傳輸容量嚴(yán)重不足，已不能滿足當(dāng)前5G信號(hào)波段的需要。在小型基站的室內(nèi)布線系統(tǒng)中，采用光纖、網(wǎng)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，可以臨時(shí)滿足5G網(wǎng)絡(luò)中的信號(hào)傳輸要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

總之，中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨髮?huì)以指數(shù)級(jí)的速度增長(zhǎng)。5G網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展的主要方向，5G網(wǎng)絡(luò)的速率和效率都高于目前的任何通信技術(shù)。5G技術(shù)為用戶提供個(gè)性化的、特定的網(wǎng)絡(luò)鏈接，以滿足用戶的通信需求，降低網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)延遲。5G網(wǎng)絡(luò)的峰值速率和終端連接密度將得到極大的改善。