5G背景下室內信號覆蓋解決方案的研究

趙 博

（山西省郵電建設工程有限公司，山西 太原 030006）

1 5G網絡概述

5G網絡主要是指第五代移動通信網絡，在網絡體系中對新一代的移動通信網絡相關的技術進行應用，其中包括應用Massive MIMO技術、同頻全雙工、高頻段信號傳輸、SDN和NFV、MEC等技術。當前，5G網絡主要的應用業務是eMBB增強移動寬帶業務、mMTC大規模物聯網業務以及uRLLC超高可靠超低時延通信的連接業務[1]。

2 信號室內分布系統的主要形式

在過去2G、3G背景下，我國的移動通信技術主要是低頻段的發展，對室內信號盲點覆蓋解決方案主要是通過室內分布DAS系統進行解決；進入4G時代后，仍然是室內分布DAS系統對信號覆蓋問題進行解決；在進入4G時代后期乃至5G時代，為了能夠對站點協調難、實時監控故障等問題進行解決，運營商在進行室內信號覆蓋問題解決的過程中研發出了光分布的室內分布系統。信號室內分布系統的主要形式如下。

2.1 傳統的室內DAS分布系統

在4G時代背景下，不同運營商在室內信號覆蓋解決方案中普遍采用的方式就是傳統的室內DAS分布系統方案，該系統方案主要包括同軸電纜、無源器件以及天線。在具體運行過程中，在同一套的信號分布系統中，借助合路器耦合不同制式的信號，同時在天線和電纜中連接功分器和耦合器，進而實現建筑室內的信號全覆蓋。室內分布DAS系統在實際運行中雖然能夠滿足4G技術對信號室內覆蓋的需求，然而考慮到該系統在實際空間部署方面存在一定的難度，需要工作人員在室內結構中進行打眼穿線，受到很多業主的阻撓和反對，同時該系統運行很容易造成饋線較大的損耗，因此只能在業務密度低的場景進行使用，同時需要對信源設備的使用數量進行增加。此外，該系統主要是運用無源器件，工作人員無法對系統的運行進行監控，所以當發生故障時，工作人員很難及時發現問題，同時該系統在后期若是進行改造，工序復雜，需要二次施工進行系統與信源分布的改造和完善。若是發揮MIMO功能，還需要在室內進行雙路分布系統的建設，這樣會大大增加資金的投入?？傊?，傳統的室內分布DAS系統在投入使用后的故障定位和排查以及維護工作中很容易增加相應的工作量和難度，同時在建設過程中對制作接頭、布放饋線等施工工藝有較高的要求，整個施工過程比較復雜，同時沒有較好的美觀性，所以，不同設備供應商以及廠商也不斷研究開發出光纖分布系統，從而對傳統的室內分布DAS系統中出現的問題進行解決[2]。

2.2 光分布室內分布系統

光分布室內分布系統主要是包括擴展單元、遠端單元以及主控單元三部分，相較于傳統室內分布DAS系統，光分布室內分布系統是一種數字化的光分布系統，主要是借助光電轉換技術運行，同時將單個的信源覆蓋面積進行提升，改變傳統的普通饋線，采用新材料光電復合纜，同時也不需要在物業點就近安裝信源的主設備，可以將天線內置設備，同時整體的施工過程更加簡單，設備更加具有美觀性，同時也會對MIMO功能進行支持，不僅滿足2G和4G網絡雙模工作方式的需要，同時通過遠端設備的獨立網管可以實時監控整個設備系統的運行狀態。

在5G時代之前，移動通信的制式設備在實際運行工作中都是低頻段，傳統的室內分布DAS系統使用地天線和無源器件無法滿足5G設備運行的高頻段需求， DAS系統信號覆蓋方案已無法滿足實際需要，同時也無法確保4G向5G平滑升級應用。所以在5G時代背景下，對室內分布DAS系統進行新建，其中的饋線會衰減高頻段信號，同時增加合路點，導致投資信源的資金增加。為了滿足5G對網絡的需求，室內分布系統還需要確保天線方面滿足4T4R的要求，不僅導致資金投入成倍增加，同時也因為多信道的原因導致鏈路出現不平衡的現象，最終導致系統整體性能較差。光分布室內分布系統的信源也是傳統的RRU，該信源系統也無法直接將4G改造為5G對信號覆蓋的需求。因此，所有設備的廠商以及鐵塔企業還需要根據實際情況，進行新的室內信號覆蓋解決方案的開發和研究創新[3]。

3 5G背景下室內信號覆蓋解決方案的思路

3.1 5G背景下室內信號覆蓋解決的技術分析

5G時代背景下應用的室內系統分布技術如下。首先是超密集組網，該結構主要是控制并分離承載，通過集中簇化的控制方式架構網絡。在具體操作中借助虛擬層技術，同時部署UDN網絡，將單位面積的站點密度進行增加，也就是實現虛擬的單層實體多層網絡架構，具體分為實體層和虛擬層，其中的實體微基站主要是傳輸承載數據，虛擬層主要是接收和發布控制承載的信號和命令，進行移動性管理。在超密集組網中實現移動性管理簇內小區之間的干擾、無線資源協同，確保網絡容量不斷提升；同時激活用戶數，將站點數和用戶數的比率不斷增大，進而提高服務不同用戶的節點，提升用戶體驗的滿意度。

其次是虛擬nTnR網絡，主要是借助數字化技術進行網絡技術的創新，在硬件成本不增加的基礎上，覆蓋多個4T4R系統，在交疊區域形成16T16R或者是8T8R的虛擬網絡架構，確保用戶在網絡體驗中可以提高網速。同時虛擬nTnR網絡在不改動硬件設施的基礎上，對后臺軟件進行升級，從而實現成本的nTnR網絡系統，促使用戶的體驗也是成本提升[4]。

最后是借助Massive MIMO技術進行天線陣列的大規模構建，該技術主要是對空間資源進行充分利用，借助多個天線的建構進行網絡信號的多發多收，在頻譜資源以及發射天線功率不增加的基礎上，促使系統成倍增加信道容量；同時該系統能夠自由利用空間， 從而最大化提升傳輸無線鏈路的可靠性和有效性，進而確保室內信號的覆蓋面更加廣，用戶的體驗感更好。與4G背景下MIMO系統的4天線不同，5G背景下MIMO 技術能夠實現16/32/64/128天線，甚至更多天線，從而促使天線陣列更加大規模，確保波束賦形能夠適應特定的場景，并合理進行天線的調整。例如，移動終端設置8天線寬帶系統，其中的天線系統包括兩種天線單元，由接地電線和耦合饋電線構成，這兩種天線單元分別安裝在室內的地板側邊和上方，兩者之間正交， 通過耦合饋電方式發揮作用，從而確保寬帶能夠實現解耦效果，通過設置8天線，從而提高室內的信號覆蓋率。在5G時代背景下應用MIMO技術，通過對天線陣列進行大規模布置，能夠在接收端和發送端聚合大量的天線，進而形成更加密集的數組，通過波束賦形，在終端接收器中引導接收所有的信號，提高信號接收的強度，同時也避免了信號之間的干擾。此外，5G背景下MIMO應用系統能夠對4天線同時進行深度衰落概率的降低，促使組合接收的信號更加穩定，信噪比波動穩定，同時提高信號接收的質量，對終端信號接收的強度進行提升；對同頻的用戶提供優質的服務，同時也擴充了網絡的容量，對小區間之間的干擾進行有效的減少。MIMO技術和構建的系統能夠通過獨立的空間信道衰落，上下進行信號發送，向下在同頻資源進行4個并行數據的傳輸，即有4個空間信道的維度，向上有兩個空間信道的維度，重用空間，從而增加信號傳輸的效益，提高信號覆蓋和傳輸接收的峰值率[5]。

3.2 5G背景下室內信號覆蓋方案的發展特征

5G移動通信網絡工作屬于高頻段網絡，即工作頻段在3.5 GHz以上，進而要求在室內網絡分布系統中需要增加天線的點位數量。在5G時代背景下，人們對網絡的需求和要求不斷增高，尤其是手機終端的應用軟件呈現爆炸式的增加，從而要求5G室內網絡分布系統需要有以下幾個特征，從而滿足信號覆蓋的需求。首先，5G背景下室內分布系統需要確保使用的設備具有較輕的重量和較小的體積，從而減小室內空間的占用； 其次，5G網絡信號的覆蓋和傳輸需要具有較高容量、較低時間延遲的網絡架構，從而確保用戶有良好的5G 網絡體驗效果；第三，5G室內信號網絡分布系統在實際的施工中需要確保施工更加便捷，同時在網絡改造和升級的過程中無需二次進場施工；第四，室內網絡分布系統能夠確保4G與5G信號平滑演進；最后，實現室內分布系統的可視化運行和維護，工作人員在維護系統和排查故障的過程中工序更加簡單。

4 5G背景下運用新型的數字化室內信號覆蓋系統

隨著5G時代的到來，傳統的室內分布DAS系統自身存在不可協調的弊端和問題，尤其是在大型場館、交通樞紐等重點密集型業務的場景中，相關設備廠家和運營商還需要摒棄傳統的室內分布DAS系統，在室內信號覆蓋方面開發使用新型的數字化技術和信號室內分布系統，從而保證信號在室內全方位覆蓋。目前，我國滿足5G發展的新型的數字化室內分布系統有中興通訊5G QCell、華為LampSite系統以及愛立信的RDS系統等。相較于傳統的室內分布DAS系統，系統的數字化室內分布系統在實際施工中具有較小的協調難度，同時方便設備部署，網絡架構具有靈活的容量擴充性，可視化的運行和維護體系等都能夠對室內網絡的容量進行最大化的提高，同時也提高了運行和維護網絡的效率。新型的室內網絡分布系統主要包括擴展單元、遠端單元以及基帶單元三級網絡架構，其中的遠端單元自身集成了天線以及射頻單元的功能，在實際應用中起到美化作用，對天線的尺寸進行降低； 通過光電復合纜或者是網線將遠端單元連接到擴展單元，從而降低了實際施工難度以及工作協調的難度； 在遠端單元中進行4T4R天線的設置，能夠充分發揮Massive MIMO的功能，促使用戶的容量不斷提高，提升用戶的體驗滿意度；此外，遠端單元內置的設備都是有源設備，能夠多模開通，工作人員能夠實時監控遠端單元的設備運行情況，更加簡單、直觀地進行設備故障的排查和設備維護[6]。

新型數字化的室內網絡分布系統在實際應用中具有智能化的管理模式、便捷的維護、可視化的運維系統以及簡單的設備部署等優勢，方便工作人員對系統標準進行隨時跟蹤監控，同時該系統模式能夠滿足4G以及5G不同階段的用戶體驗、網絡容量和業務等方面的需求，實現4G向5G的平滑升級，對整體網絡架構的建設周期進行縮短，是實現5G背景下室內信號覆蓋的最佳解決方案?？紤]到運營商對室內信號覆蓋分布系統的實際投資成本問題，在室內網絡分布系統的建設中，傳統的室內分布DAS系統仍然在使用中，在特殊場景中，設備廠家以及鐵塔企業需要對新型的電纜、天線等設備進行合理設計和創新，從而滿足不同場景的室內信號覆蓋需求。

5 結束語

總之，在5G時代背景下，考慮到傳統的室內分布DAS系統在實際應用的饋線和無源器件無法滿足實際網絡工作的高頻段需求，同時也無法對傳統的室內分布系統設備運行進行實時監控，較高的系統改造成本，以及無法進行大規模的容量擴充，進而導致傳統的室內分布DAS系統并不能很好地滿足5G對不同場景室內信號覆蓋的需求，在5G背景下，室內分布DAS系統主要是用于隧道、電梯、地下停車場等低量和低頻段的場景中。相關單位、廠家和運營商還需要基于5G的特點對室內信號覆蓋和網絡分布系統進行探究和創新，合理應用新型的數字化室內分布系統，從而確保室內網絡系統能夠可視化運維，支持MIMO功能，方便部署和故障排查，從而有效地從4G平滑過渡到5G，實現室內信號的全覆蓋，滿足用戶對網絡的需求?！?/p>