5G时代室内深度覆盖方案探讨

5G时代室内深度覆盖方案探讨

摘要：5G时代，超70%的应用发生于室内，室内网络将成为运营商5G网络竞争的重量级筹码，室内网络建设已成为目前运营商重点探讨的问题之一。本文介绍了分布式皮基站、扩展式皮基站、升级传统DAS系统等5G室内覆盖方案，并根据场景特点给出了方案建议。关键词：5G室内覆盖，分布式皮基站，扩展式皮基站，传统DAS，移频MIMO一、5G时代室内覆盖难点1.1频段传播损耗大3GPP定义了5G从Sub6G、C-band到毫米波的FR1、FR2两个5G目标频谱。工信部目前为5G划定了4个频段，如下表所示。表15G频率分类对应频率范围我国试验频段FR1450MHz～6GHz3.3～3.66GHz4.8～5.0GHzFR224.25～52.6GHz24.75～27.5相比4G的频段（低频800MHz、900MHz，高频1.8GHz、2.1GHz、2.6GHz），5G的低频段为3.3～3.6GHz，高频为28GHz。根据电磁波的传播特性，电磁波的波长越长绕障碍物的能力越强，波长越短绕障碍物的能力越弱。5G网络的电磁波传播损耗远大于4G网络，覆盖能力更弱，5G宏基站信号在穿墙覆盖室内场景的时候面临更大的链路损耗问题，室内深度覆盖问题将更加棘手。1.2传统室分难以平滑升级传统的室内覆盖方案是采用分布式天线系统（DAS），这种解决方案将网络信号通过信号电缆引入室内，并分配至不同区域，实现网络的深度覆盖。传统DAS室分升级5G难点分析：1.绝大多数存量DAS系统的无源器件支持频段在800～2600MHz，不支持3GHz以上高频，无法通过合路信源直接升级；2.传统DAS系统升级5G，需更换大量核心部件（如耦合器和功分器），工程量大，施工难度大，易出错，物业协调困难，而且改造质量无法保证，工程难以落地；3.传统DAS系统以单路为主，单路改双路由于存在线路老化、部署路径差异，极易造成双路不平衡，体验下降，而且建网成本高，投资回报率低；4.传统DAS系统无源器件多，故障不可监控，故障排查难度高，处理时间长，无法保证5G网络质量。综上所述，传统室分系统升级5G将面临着频段、工程、维护等多方面的问题，无法在原来DAS系统的基础上平滑快速升级5G网络。二、5G室内深度覆盖方案2.1分布式皮基站—5G时代室内覆盖方案的主流新型数字化分布系统也称为毫瓦级分布式皮基站，一般由基带单元BBU+扩展单元+远端单元这三部分组成，基带单元与扩展单元通过光纤连接，扩展单元与远端单元通过网线或光电混合缆连接，远端单元通过POE供电。基带单元BBU部署于建筑物内的通信机房，扩展单元安装于楼宇各层的弱电井、设备间等，远端单元则分散安装在楼层各区域，负责实现用户覆盖。目前以华为的Lampsite、中兴的Qcell和爱立信的RDS为代表的有源分布系统成为5G室内覆盖的主流方案。1.华为LampSite系统由基带单元BBU（BaseBandUnit）、pRRU（PicoRemoteRadioUnit）和RHUB（RRUHUB）组成。2.中兴Qcell系统整体架构分为三级，分别是：基带单元BBU（BaseBandUnit）、远端汇聚单元（Pbridge）以及远端射频单元（pRRU，PicoRemoteRadioUnit）。3.爱立信RDS系统由DU数字基带单元，IRU室内射频单元以及Dot无线点系统。分布式皮基站做为目前5G室内覆盖方案的主流，具备以下几点优势：1.可实现平滑升级。新型分布系统在4G的基础上可以通过更换扩展单元和远端单元，基带单元BBU扩展板卡的方法实现升级5G，网络结构无需更改，施工快速便捷；2.容量灵活调度。根据有源分布系统的特点，1个小区可包括单个或者多个远端天线单元。实际应用时，可根据建筑物的容量需求及厂商设备支持的小区分裂和合并能力，灵活进行小区规划；3.覆盖能力强，用户体验好。有源分布系统的远端单元集成内置天线，同时实现多频多模的部署，支持MIMO，用户体验好；4.结构简单，施工便捷。新型分布系统组网结构简单，不存在传统DAS方案中功分器、耦合器等无源器件，而且有源分布系统的远端（PRRU或Dot）覆盖能力比无线分布系统中吸顶天线强，覆盖半径更大，点位减少，施工过程更便捷；5.可视化运维，网络可管可控。网络运行中会不断出现各种问题或故障，为保障用户良好感知和网络高效运营，需要对网络实行精细化维护。新型数字化分布系统可以监控各级设备的工作状态，能实现网络动态监控、故障识别和快速定位，保障用户体验，提高网络品牌。2.2扩展型皮基站—低成本新型室分解决方案扩展型皮基站是在一体化皮基站基础上，通过扩展单元增加多个远端单元的低成本新型室分解决方案，其主要由三部分组成：主机AU（AccessUnit）：实现基站的各层协议栈处理以及系统管理功能；扩展单元CP（CentralizedPart）：实现上下行基带数据的分发汇聚功能，并为远端供电；远端单元（DistributedPart）：实现信号放大和收发；扩展型皮基站提供类型的远端单元：4T4R，2T2R，2T2R+室分天线，可根据不同区域容量要求部署不同规格的远端单元，实现容量精准覆盖。在室内空间隔断较多的场景，采用扩展型皮基站+智慧室分融合组网的方式，整合有源方案和无源方案的各自优势，保证覆盖效果，进一步降低覆盖成本。图2扩展型皮基站+智慧室分融合组网结构图扩展型皮基站和分布式皮基站架构相似，都是由三级结构组成，单小区速率和远端覆盖能力相同，但是扩展型皮基站的用户数相对于分布式皮基站减半。因此，在中低人流密度场景选择性使用扩展型皮基站或扩展型皮基站+室分天线融合组网的方案，是5G时代一种高性价比的创新解决方案。2.3传统DAS在5G时代的应用由于当前各运营商已建设的DAS规模巨大，5G网络的建设成本高，在5G时代很长的一段时间内，有源分布系统和传统DAS系统将会共存。如何挖掘现有DAS系统的潜力，实现网络效益和成本最优，是运营商目前探讨的问题之一。2.3.1频谱重耕DAS将可能直接升级5G网络当前中国移动获得2515～2675M中共计160M频带（含5G和4G频段），等联通和电信清频后（联通：2555～2575M，电信：2635～2655M），再对现有2/3/4G系统频率的频谱重耕，中国移动未来可能在2.6G频段上形成100M频段的规模组网能力。中国联通和中国电信现有2.1GHz频段合计45M（2110-21），从中国联通的业务发展情况来看，中国联通需要保留5M带宽用于3G，解决用户语音需求，未来通过频谱重耕，电联共有40M的频段可用于2.1GNR。单路DAS方案：现网存量单路DAS系统直接接入RRU单口，改造简单，仅能解决5G信号有无问题，5G体验和4G体验提升有限；单改双错层MIMO方案：现网存量单路DAS系统的上下两个楼层分别连接RRU的2个端口，单个楼层仅部署一路信号，通过上下楼层泄漏的信号，在两路信号交叠区域实现用户双流（MIMO）体验，速率提升；双路DAS方案：单个楼层的双路DAS系统分别接入RRU的2个端口，单个楼层部署两路信号，实现MIMO覆盖；双改四错层MIMO方案：在双路DAS方案的基础上分裂，新增RRU，提升5G容量。利旧现有DAS系统升级5GRRU，可快速部署室内场景的5G网络，改造工作量小，工期周期短，但是目前也存在可用带宽小、需要考虑与存量4G共存、用户5G体验提升有限等问题。利旧DAS系统升级5G，需根据站点现有DAS系统的质量情况、人流密度、场景价值等多因素综合考虑。如单路DAS方案，仅适用于人流较小、价值低的场景，如电梯地下室，能满足快速基本网络覆盖需求。双路DASMIMO方案，适用于人流中等，价值一般的场景，如一般写字楼，如一般写字楼，能低成本实现MIMO覆盖。2.3.2移频MIMO分布系统移频MIMO分布系统维持原DAS系统的合路器、功分器、耦合器及无源分布线缆不变，在弱电井RRU信源侧增加移频的近端机，将3.5GHzRRUMIMO两个通道的100MHz信号分别移频到无源系统支持的两个低频点，在无源分布系统中传送至远端，将远端天线更换为可监控的移频远端机。这种方案无需更换分布在楼层天花板内的功分耦合器，系统可获得的整体性能与新建双通道无源室分相当，并实现无源室分系统的监控管理。2.4分场景方案建议表2典型场景场景特点方案建议域公共区域等人流密集容量需求大环境开阔间隔少分布式皮基站高成本建设保证网络的质量和容量保障用户体验楼政府办公楼中高档宾馆酒店等人流密度一般容量需求一般房间间隔多扩展型皮基站要根据环境的需求选用外接型天线保障覆盖效果进一步降低网络建设成本域地下室等人流密度低容量需求低已建2G/3G/4GDAS系统利旧DAS系统升级5G网络，低成本满足5G信号覆盖三、结束语5G室内覆盖应与室外覆盖统筹规划，兼顾用户体验、容量需求、建设和运营成本以及工程实施难度，因地制宜进