廣角輻射型泄露電纜在城中村5G室內(nèi)覆蓋的研究與應(yīng)用

黃海東

【摘要】? ? 隨著5G的大規(guī)模商用，5G覆蓋需求由原來的室外道路覆蓋需求逐步轉(zhuǎn)向室內(nèi)深度覆蓋。5G相比于4G，所用的頻段更高，同樣條件下信號衰減更大，建設(shè)成本更高，以城中村為例，城中村由于其樓宇密集、樓間距窄小等原因，常規(guī)宏站的信號往往無法達(dá)到室內(nèi)深度覆蓋。而采用常規(guī)無源分布DAS系統(tǒng)存在造價高、施工難等困難，通過建設(shè)常規(guī)室分手段并不現(xiàn)實(shí)。因此，探索一種可以有效解決城中村等密集居民區(qū)場景的低成本5G室內(nèi)覆蓋方案顯得尤為迫切和重要。本文以城中村場景為例，研究廣角輻射型泄露電纜在城中村5G室內(nèi)覆蓋的建設(shè)方式，效果完全符合預(yù)期目標(biāo)，為后續(xù)5G室內(nèi)覆蓋大規(guī)模建設(shè)提供一種方向。

【關(guān)鍵詞】? ? 廣角輻射型泄漏電纜? ? 城中村? ? 5G室內(nèi)覆蓋? ? 低成本

引言：

現(xiàn)有5G室內(nèi)覆蓋主要通過無源分布DAS系統(tǒng)、數(shù)字化有源分布系統(tǒng)兩大方式進(jìn)行解決。而城中村這類密集居民區(qū)場景往往存在樓宇密集、樓間距窄小等特點(diǎn)，常規(guī)室分建設(shè)方式，存在造價高、施工難度大等突出問題，通過建設(shè)常規(guī)室分手段并不現(xiàn)實(shí);數(shù)字化有源分布系統(tǒng)經(jīng)常遇到進(jìn)場難、投資大的問題。針對以上遇到的問題，嘗試其他低成本的、可實(shí)施的創(chuàng)新5G室內(nèi)覆蓋方案很有必要。在4G室內(nèi)覆蓋中，地鐵和隧道等狹長的場景難以通過傳統(tǒng)DAS覆蓋，往往會使用到廣角輻射型泄漏電纜。在此思路的啟迪下，積極探索廣角輻射型泄漏電纜在5G室內(nèi)場景的應(yīng)用，根據(jù)城中村密集型居民小區(qū)具體場景研究討論了一種新的解決方案，為后續(xù)5G室內(nèi)覆蓋大規(guī)模建設(shè)提供一種方向。

一、泄漏電纜工作原理及分類

（一）泄漏電纜工作原理說明

泄漏電纜也叫做泄漏同軸電纜（Leaky Coaxial Cable），它的基本構(gòu)成與普通的同軸電纜基本是上相同的，主要組成部分包括內(nèi)導(dǎo)體和絕緣介質(zhì)、周期性開孔的外導(dǎo)體以及最外層的電纜護(hù)套4部分，如下圖1所示。通過外導(dǎo)體縱長方向，以一定的間隔和不同形式開槽的方式，這樣做的好處是既可以讓電磁波在縱向傳輸?shù)臅r候通過槽孔向輻射到外界環(huán)境，又能夠讓外部的電磁場信號通過已開孔的槽位感應(yīng)到泄漏電纜內(nèi)部，從而到達(dá)電磁波信號的發(fā)射和接收的目的。所以，泄漏電纜不但具備傳輸線的功能，同時也具備收發(fā)天線的功能，既是饋線，同時也是天線。

（二）泄漏電纜的分類

按漏泄電纜工作原理的區(qū)別，可以將漏泄電纜分為三種基本類型：包括耦合型（CMC）、輻射型（RMC）以及漏泄型（LSC）。

耦合型（CMC）：耦合型有很多不同的結(jié)構(gòu)形式，常見的一種做法是在電纜的外導(dǎo)體上開一串連續(xù)的槽或者是開一排規(guī)則間距的小孔，這樣電磁場就可以通過小孔衍射進(jìn)行激發(fā)電纜外導(dǎo)體外部電磁場。

輻射型（RMC）：輻射型的做法是在外導(dǎo)體上開一排相等間距而且連續(xù)的小孔，小孔間距大概跟半個工作波長一致，這樣做的好處是只有在特定的槽孔排列方式以及特定的工作頻段，在槽孔處才能夠?qū)崿F(xiàn)電磁信號的同相疊加。

漏泄型（LSC）：漏泄型的開槽方式跟輻射型是相似的，不同的地方是漏泄型的外導(dǎo)體間隔著泄漏段和非泄漏段。泄漏段起著天線的作用，只有很小一部分能量轉(zhuǎn)換為輻射能。非泄漏段起著饋線的作用，跟普通的同軸線類似。

二、廣角輻射型泄露電纜

（一）廣角輻射型泄漏電纜的設(shè)計(jì)工藝

普通泄漏電纜的輻射角度往往是比較小的，輻射角度大約為70°～80°，這種設(shè)計(jì)對于隧道等狹長環(huán)境是比較合適的，但對于其他覆蓋場景來說，就會存在一定的覆蓋盲區(qū)。而廣角泄漏電纜是針對普通漏泄電纜來說的，通過特殊的槽孔設(shè)計(jì)方式，能夠大幅增加信號輻射角度，廣角型泄漏電纜的輻射角大約170°。

（二）廣角輻射型泄漏電纜在5G室內(nèi)覆蓋方案探索

當(dāng)前業(yè)界常用的1/2"和7/8"型廣角泄漏電纜可支持800-3700MHz，可支持2G/3G/4G/5G頻段。

根據(jù)接收信號強(qiáng)度的計(jì)算方式，接收場強(qiáng)的計(jì)算公式如下：

接收場強(qiáng)=漏纜對應(yīng)的信號功率-漏纜的空間損耗-耦合的損耗-其他損耗;

應(yīng)用在5G室內(nèi)覆蓋的廣角輻射型漏纜主要是基于7/8″漏纜的基礎(chǔ)上進(jìn)行研發(fā)的，結(jié)合漏纜的空間衰耗公式進(jìn)行計(jì)算，得到7/8"廣角輻射型漏纜在不同頻段下的衰耗對比，具體見表1。

由以上測試數(shù)據(jù)可知，在7/8″漏纜改造成的廣角輻射型泄漏電纜是能夠應(yīng)用在5G室內(nèi)覆蓋中的。

（三）廣角輻射型泄露電纜改造雙路

泄漏電纜實(shí)現(xiàn)密集居民小區(qū)4 G室內(nèi)覆蓋的應(yīng)用在技術(shù)上已經(jīng)非常成熟，具有成本低、施工方便、隱蔽性好、覆蓋效果優(yōu)等特點(diǎn)。但以往4G泄漏電纜均為單流效果，而對于5G，單流無法實(shí)現(xiàn)MIMO效果，體驗(yàn)效率將會大打折扣，無法發(fā)揮出5G的大帶寬優(yōu)勢。因此，本方案為滿足城中村5G室內(nèi)覆蓋需求，確保城中村用戶具備良好的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，同時兼顧投資效益和建設(shè)可行性，結(jié)合城中村建筑結(jié)構(gòu)及業(yè)務(wù)需求，在原有單路泄漏電纜的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，通過改造原有單路泄露電纜，實(shí)現(xiàn)雙路泄漏電纜的5G室內(nèi)覆蓋方案，完成5G室內(nèi)深度覆蓋的同時實(shí)現(xiàn)上下行吞吐量的有效提升，發(fā)揮出5G的MIMO效果。

三、廣角輻射型泄露電纜在城中村5G室內(nèi)覆蓋實(shí)施案例

（一）測試環(huán)境

為了驗(yàn)證廣角輻射型泄露電纜在城中村密集場居民區(qū)場景的實(shí)際效果，選擇了新塘仔北城中村進(jìn)行了試點(diǎn)。新塘仔北城中村位于茂名市區(qū)高涼南路旁邊，為典型的城中村結(jié)構(gòu)。其計(jì)劃覆蓋面積約3萬平方米，東西走向，共5排樓，住宅樓約9層高，區(qū)域內(nèi)樓宇之間相隔較近，村內(nèi)部樓宇之間由于受到上下兩側(cè)樓宇的阻擋，整個城中村受周邊高樓阻擋，造成城中村內(nèi)部信號被遮擋，信號覆蓋嚴(yán)重不足。

（二）測試方案

1.整體方案設(shè)計(jì)。測試采用2×160W RRU作為信源，在每一條小巷中布放泄露電纜，泄漏電纜沿小巷呈平行進(jìn)行布放，使信號通過窗戶、陽臺均勻滲透進(jìn)室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)5G深度覆蓋。該方案把傳播信號與輻射信號集中一起，可大大減少無源器件和天線的使用數(shù)量，易于施工，同時可大幅降低造價。

2.設(shè)備配置。茂名新塘仔北城中村5G整體規(guī)劃1個BBU，1個2×160W RRU。

3.容量配置。茂名新塘仔北城中村采用2.6G頻段（100MHz）組網(wǎng)，共配置1個小區(qū)，配置1個100M載波。

4.小區(qū)規(guī)劃。茂名新塘仔北城中村總體規(guī)劃1個小區(qū)，頻段采用N41，主頻點(diǎn)設(shè)置為513000，小區(qū)帶寬100MHz，子幀配比8：2，特殊子幀配比6：4：4。茂名茂南區(qū)河?xùn)|街道新塘仔北D-HRW小區(qū)參數(shù)表見表2。

5.測試方案。為更加精確、全面地評估廣角輻射型泄露電纜對于城中村密集區(qū)域的覆蓋效果，測試驗(yàn)證內(nèi)容上分為覆蓋測試和吞吐量測試。

覆蓋測試進(jìn)行覆蓋遍歷DT（Drive Test，路測），從城中村排與排之間按順序進(jìn)行遍歷測試，并抽取部分樓宇進(jìn)行室內(nèi)測試，以便于評估覆蓋效果。

吞吐量測試采用近、中、遠(yuǎn)點(diǎn)單用戶吞吐量測試，同時增加改造雙路前后的測試對比，以便驗(yàn)證改造成為雙路泄露電纜后的MIMO效果以及對于上下行吞吐量的提升情況。

（三）測試結(jié)果

采用NR 100MHz帶寬組網(wǎng)配置，通過雙路泄漏電纜實(shí)現(xiàn)MIMO效果，提升上下行吞吐量，并對比單路泄漏電纜及雙路泄漏電纜實(shí)測效果，為雙路泄漏電纜在城中村密集居民區(qū)場景5G室內(nèi)深度覆蓋提供參考建議。

覆蓋測試情況：根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，測試終端在漏纜正上方時平均RSRP為-60 dBm，主覆蓋信號可靠;終端離漏纜3米時平均RSRP為-86dBm;終端離漏纜6米平均RSRP為-104 dBm，干擾控制較好。本次驗(yàn)證以單優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)RSRP為-105dBm作為覆蓋電平要求。

根據(jù)遍歷測試情況，所測整體平均RSRP從-106.3dBm提升至-84.5dBm，提升幅度達(dá)到21.8dB;平均SINR從7.3提升至18.2，提升幅度達(dá)到10.9dB;DT遍歷測試整體覆蓋率可達(dá)到99.53%（RSRP≥-105&SINR≥-3），而開通前整個城中村覆蓋率只有17.58%，相比于開通前只有周邊宏站覆蓋的情況下提升效果明顯。從遍歷測試的情況看，廣角輻射型泄露電纜可有效解決狹窄、擁擠的城中村5G室內(nèi)覆蓋問題。主要遍歷測試指標(biāo)及提升幅度情況見表3。

吞吐量測試情況：對于單用戶，近點(diǎn)和中點(diǎn)的測試出來的吞吐量性能比較好，具體來看，近點(diǎn)上下行吞吐量測試情況最理想，基本上可以穩(wěn)定或者接近峰值速率水平，但是遠(yuǎn)點(diǎn)速率下降較為明顯。同時改造成雙路泄露電纜后，近、中、遠(yuǎn)點(diǎn)均實(shí)現(xiàn)吞吐量的提升，雙路泄漏電纜在近點(diǎn)測試時的下行平均速率基本上可以達(dá)到單路泄漏電纜測試時的 2.7倍左右，中點(diǎn)和遠(yuǎn)點(diǎn)處測試時的下行平均速率基本也可達(dá)到單路泄漏電纜的 1.7～2.0倍;雙路泄漏電纜在近、中、遠(yuǎn)點(diǎn)上行平均速率可達(dá)到0.6～2.1倍。

從近、中、遠(yuǎn)點(diǎn)單路泄露電纜及改造成為雙路泄露電纜的測試數(shù)據(jù)對比來看，雙路泄漏電纜對于城中村密集區(qū)域上下行速率均有明顯的提升，整體來看，雙路泄露電纜基本可以實(shí)現(xiàn) MIMO 增益效果。單用戶雙路泄漏電纜定點(diǎn)吞吐量提升幅度見表4。

（四）投資造價及工期對比

廣角輻射型泄露電纜采用2通道RRU + 泄漏電纜的方案實(shí)現(xiàn)城中村密集居民區(qū)5G室內(nèi)覆蓋方案造價約為2通道RRU + 傳統(tǒng)DAS覆蓋方案造價（傳統(tǒng)DAS需增加大量的吸頂天線、功分器、耦合器等無源器件）的 30%，相較于常規(guī)室分建設(shè)手段，廣角輻射型泄露電纜方案的建設(shè)成本更低、建設(shè)工期更短，可有效降低建設(shè)投入成本和建設(shè)時間成本。

另外，廣角輻射型泄露電纜在保持隔離度的情況下改造成為雙路泄露電纜，雙路造價高于單纜約10%～20%，但不管上行還是下行，由于增加了MIMO效果，性能提升明顯，相比于單路泄漏電纜方案，是具備更高性價比的方案。

通過采用2通道RRU + 廣角輻射型泄漏電纜實(shí)現(xiàn)城中村密集居民區(qū)5G室內(nèi)覆蓋方案，可實(shí)現(xiàn)低成本、覆蓋優(yōu)的效果。

工期方面，由于減少天線布放等環(huán)節(jié)，直接布放泄漏電纜，且由于減少大量吸頂天線、功分器耦合器等無源器件，施工更加簡單和方便，更加有利于協(xié)調(diào)進(jìn)場，工期可有效提升80%以上。

四、結(jié)束語

城中村這類密集居民區(qū)場景由于其樓宇密集、樓間距窄小等原因，常規(guī)宏站的信號往往無法達(dá)到深度覆蓋，另一方面，傳統(tǒng)室內(nèi)覆蓋技術(shù)中使用到大量的耦合器、功分器、接頭和天線等器件，存在進(jìn)場協(xié)調(diào)難、施工難度大、造價高等問題，急需一種能夠解決5G室內(nèi)深度覆蓋難題以及降低建設(shè)投資與維護(hù)成本的部署方案。

新型雙路漏泄電纜可以有效解決類似城中村這類多排一字型較為規(guī)整的場景的5G室內(nèi)覆蓋需求，同時也適用于單排一字型、回字形結(jié)構(gòu)場景，尤其可以解決造價成本高、城中村難以施工、協(xié)調(diào)進(jìn)場難度大等多個痛點(diǎn)，為后續(xù)的5G室內(nèi)覆蓋進(jìn)行大規(guī)模建設(shè)提供一種方向。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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