新型有源室分在特定场景下覆盖方案的探讨

0 引言

随着移动互联网的发展，移动互联网数据业务呈爆发式增长，国内各运营商纷纷推出不限流量套餐，在目前4G网络趋于成熟、5G网络建设起步的阶段，各运营商都在逐步试点和推广基于六类线和有源天线的有源分布系统，而在5G时代，有源室分将逐渐成为后续室内覆盖的主流方式。有源室分如何建设，与传统的馈线室分相比在方案、造价等方面有什么差异，现阶段室内覆盖方案如何制定，本文围绕这些问题对基于5G演进的室内分布覆盖方案进行了探讨。

1 有源室分设备简述

1.1 有源室分设备介绍

新型有源室内分布系统（简称有源室分）是指采用分布式微站或微远端射频单元（简称pRRU）进行室内信号覆盖的建设方式。系统原理如下：

图1 有源室分系统原理图

系统结构方面，有源室分比无源室分简化了天馈系统，天线内置在pRRU中（部分pRRU可外置天线），减少了馈线传输射频信号所造成的损耗；信源系统方面，有源室分比无源室分更加复杂，呈现IP化、小型化，在楼内布放光纤或网线，比无源室分网络结构更加简单，施工更加方便。

有源室分的网元主要包括BBU（基带处理单元）、HUB（射频远端数据汇聚单元）和pRRU（微远端射频单元）三个部分。

BBU：设备与宏基站通用，型号一致。

HUB：为射频远端数据汇聚单元，负责将pRRU数据汇聚到BBU。

pRRU：是远端射频单元，可提供与标准RRU同等的功能，发射功率更小，一般单通道100mW～250mW，尺寸较小，体积在2L左右，可固定在墙壁或结实的吊顶下方。

1.2 主流厂家的设备比较

目前主流厂家的有源室分设备基本可以划分为低配和高配两种，主要性能对比如下：

从设备载波支持情况看，高配设备可同时开通的频段更多，且支持NB—IoT（窄带物联网），低配设备只能满足基本的频段，不支持NB—IoT业务。目前在价格上，高配设备比低配设备每pRRU高800～1000元。

表1 主流厂家有源室分设备性能比较

2 有源室分组网方案探讨

2.1 有源室分的频率选择

中国电信室外基站采用1.8G组网，为避免室外信号干扰，有源室分建议采用2.1G频段组网，为保证网络容量，在高话务场景下，设备能力建议预留支持1.8G频段。

因现阶段VoLTE（基于长期演进网络的语音承载）仍未普及，所以对于无法通过室外C网信号有效覆盖的室内场景，需要合路CDMA（码分多址接入系统）信源，保障用户语音业务的使用。

2.2 有源室分覆盖半径测算

因有源室分单台pRRU可配置为一个小区，故有源室分的容量可根据实际需要实际配置。容量需求并不是有源室分方案设计的关键因素，设计方案的重点是考虑边缘场强覆盖需求。

根据室内分布的设计要求，边缘场强应保证RSRP≥-105dBm。边缘场强计算公式为：

LTE边缘场强、链路预算全部基于参考信道功率（RSRP Reference Signal Receiving Power），类似于CDMA的导频信道功率。LTE信源输出的参考信道功率与载频带宽、载频最大功率、RS功率（参考信号功率）与PDSCH功率（物理下行共享信道功率）的比值等有关，是在某个符号内承载参考信号的所有RE（频域上一个子载波及时域上的一个符号）上接收到的信号功率的平均值，可以按以下公式计算：

其中：

子载波数：单载波20MHz带宽1200个，15MHz带宽900个，10MHz带宽600个。依此类推。

PA：10log（EA/ERS），一般情况标准配置：单端口单通道PA=0dB，PB=0，TM=1（单通道室分）；双端口单通道PA=-3dB，PB=1，TM=3（单通道室分，TM会自适应为TM2）；双端口双通道PA=-3dB，PB=1，TM=3（宏站、双通道室分）。

空间损耗按照国际电联ITU-R P.1238-6建议书的传播模型，用于规划频率范围在900MHz到100GHz内的室内无线电通信系统。基本模型公式如下：

其中：

N：距离功率损耗系数；

f：频率（MHz）；

d：基站和便携终端之间的距离（其中d＞1 m）；

Lf：楼层穿透损耗因子（dB），对平层可不考虑；

n（n≥1）：基站和便携终端之间的楼板数；

LNFmarg：阴影衰落；

BPL：介质损耗。

表2 公式3中用于室内传播损耗计算的功率损耗系数N（dB）

表3 穿透n层楼板时的楼板穿透损耗因子Lf（dB）（用于室内传播损耗计算）

表4 阴影衰落统计的标准差LNFmarg（dB）（用于室内传播损耗计算）

表5 1.8～2GHz典型介质损耗BPL（dB）

根据上述公式，在信源输出功率100mW，2.1G频段20M带宽组网的情况下，满足边缘场强—105dBm时，各场景穿一堵墙和穿两堵墙的覆盖半径分别如下表：

表6 不同场景在满足边缘场强情况下的覆盖半径（m）

2.3 有源室分pRRU点位设计方案

有源室分pRRU的点位设计，要根据现场墙体材质，测算满足边缘场强的覆盖半径，根据表7的覆盖半径测算，考虑每个信源20%左右的重叠覆盖区域。典型场景的覆盖方案如下：

表7 不同场景的有源室分pRRU覆盖半径

（1）酒店客房按照实际情形每pRRU覆盖4～6个房间，对于楼层隔断较多的场景，参考链路预算，根据实际情况进行布放，原则上单pRRU信号最多穿透两堵墙。

（2）部分特殊场景（如医院等），建议结合隔断材质综合考虑，对石膏、木质等低损耗隔断，原则上单pRRU信号最多穿透三堵墙。

3 有源室分与无源室分组网对比

3.1 覆盖性能对比

无源室分：采用“多天线、小功率”设计方式，超过15dBm墙体不穿透覆盖，而选择“降功率、加天线”的方案解决。

有源室分：pRRU的功率是室分天线的3-10倍，在空旷环境中有功率覆盖优势，在隔断较多的环境中功率优势变弱。

经链路预算对比和工程应用对比，平均一个pRRU大约与1.5～3副室分天线的覆盖能力相当。

3.2 容量性能对比

理论上一个pRRU和一个标准RRU可提供的空口容量相当。采用分布式pRRU覆盖的有源室分，在容量方面比无源室分优势明显。

3.3 典型场景造价对比

为分析有源室分和无源室分造价的差异，选取了空旷场景、一般商务楼宇和多隔断宿舍三种实际组网的场景进行造价比较。

（1）空旷场景：某物流集散中心为空旷类型，面积为18.5m2。

边缘覆盖场强-105dbm，根据链路预算得出有源室分远端单元在信号无遮挡覆盖半径为52.7米左右。共使用105台pRRU，单pRRU覆盖面积为1762平米。设计图如下：同样场景，使用无源分布系统与有源分布系统的对比如下：

图2 某物流集散中心有源室分点位设计图

（2）多隔断办公楼场景：某办公楼，面积为960m2。

该楼隔断为砖墙，墙体损耗约10dB，边缘覆盖场强-105dbm，根据链路预算得出有源室分远端单元在信号穿过2隔墙后覆盖半径为10.2米左右。使用1台PRRU覆盖3个房间。单pRRU覆盖面积为282平米。设计图如下：

图3 某办公楼有源室分点位设计图

同样场景，使用无源分布系统与有源分布系统的对比如下：

表9 某办公楼有源室分与无源室分的造价对比

（3）宿舍楼场景：某高校宿舍，面积为420m2。

该楼隔断为砖墙，墙体损耗约10dB，边缘覆盖场强-105dbm，根据链路预算得出有源室分远端单元在信号穿过2隔墙后覆盖半径为10.2米左右。使用1台PRRU覆盖双边6个房间。单pRRU覆盖面积为175平米。设计图如下：

表10 某高校宿舍有源室分与无源室分的造价对比

通过上述3个典型案例的对比，可以看出，有源室分的单位信源覆盖面积受覆盖场景的影响较大，造价也与pRRU数量有直接关系。在空旷场景下的单pRRU覆盖面积较大，造价比无源分布系统略低。场景环境越复杂，隔断越多，必须部署更多的pRRU才能满足覆盖的要求，系统造价也越高。

从具体费用构成的比较上看，有源室分施工费与无源室分相当，造价差异主要体现在设备费上，但可以预期，随着后续大量的有源室分建设，设备规模化供应，设备价格必然下降，后续有源室分与无源室分的造价差距将逐步缩小。

3.4 支持5G演进情况的对比

（1）无源室分向5G演进：基本不具备演进条件。3.5G及以上频段：天线和器件频率不兼容，馈线损耗过大，无法演进。

（2）有源室分向5G演进：目前厂家的设备可利旧资源很小，重新部署可能性大。后续可能会出现兼容型产品。

4 现阶段不同场景室分建设策略的探讨

4.1 新建楼宇室分建设策略

新建楼宇的室分，建议结合楼宇价值，综合评估确定，在可能的情况下通过加大有源室分的应用，使得设备价格进一步下降。现阶段的有源室分，定位于解决业务量需求大的高价值场景。典型场景包括：机场、高铁站等交通枢纽；体育场、展览馆等人口密集区；医院、商务楼宇内会议室密集的部分楼层。

4.2 存量高价值商务楼宇改造策略

针对存量高价值商务楼宇，在进行室分改造时，建议根据楼宇存量无源室分的质量，分别评估C网和L网的覆盖，制定不同的改造策略。共有以下五种场景，分别制定改造策略如下：

表11 高价值商务楼宇存量改造策略

4.3 校园场景

因高校属于流量热点和密集高发区域，对于高校场景的室分新建，建议均按照有源室分建设，具体设备选型根据校园业务发展情况选择。

对于校园场景的扩容需求，建议直接通过新建异频有源室分方案建设。对于楼宇结构是两侧房间、中间过道的楼宇，单pRRU覆盖6个房间，对于单边走道型楼宇，单pRRU覆盖3个房间，pRRU吸顶安装在过道。对于有客厅的套间，pRRU要安装在每个套间的客厅内，单pRRU覆盖一个套间。

4.4 电梯覆盖场景

一般场景，电梯覆盖建议采用无源分布系统。在全楼新建有源室分的情况下，考虑到信源利用率，使用有源室分覆盖电梯共有以下四种覆盖方式：

（1）pRRU直接安装在电梯井中覆盖电梯；

（2）电梯随行覆盖：pRRU安装在电梯轿厢顶部，随行覆盖；

（3）pRRU外接一副高增益定向天线，天线安装至电梯井底部覆盖；

（4）pRRU外接对数周期天线，电梯厅吸顶安装，周期天线电梯井道壁安装，仅覆盖电梯。

各方案组网示意图如下：

图5 pRRU直接安装在电梯井中

图6 电梯随行覆盖

图7 pRRU外接定向天线

图8 pRRU外接对数周期天线

四种建设方案的优缺点对比如下：

表12 四种电梯建设方案的优缺点比较

考虑到覆盖效果，建议优先选用电梯随行覆盖的方式，在无法协调随行覆盖的情况下，则选用另外三种方式，其中pRRU外接对数周期天线和pRRU直接电梯井安装的覆盖方式建议覆盖楼宇层数高于8层（含）的电梯，pRRU外接一副高增益定向天线的覆盖方式建议覆盖楼宇层数低于8层的电梯。

5 结束语

有源室分具有设备可管可控、容量配置灵活、应急部署迅速等优点，随着移动网络的发展和用户使用习惯的变化，有源室分的优势越发凸显。本文通过比较主流厂家的有源室分设备，通过链路预算总结了不同场景的点位布放建议，同时比较了有源室分和无源室分的相关性能和造价，给出了现阶段不同场景的组网建议，对后续室内深度覆盖建设有一定的借鉴价值。