5G室内覆盖系统建设方案研究

杜 胜 童 鑫



5G室内覆盖系统建设方案研究

杜 胜 童 鑫

中国通信建设集团设计院有限公司第三分公司，湖北 武汉 430000

随着移动通信飞速发展，室内无线网络覆盖随着业务增长逐渐成为核心业务。5G网络的业务需求是高移动、高流量和高连接，以往利用室内分布系统或者室外基站解决室内覆盖的方法已然无法满足业务需求，高效率、多变的网络建设方式逐步成为主流。介绍了5G覆盖场景下应用场景和设备的选择和小基站引入的方式，以对5G室内覆盖系统建设方案进行研究。

5G；室内覆盖；小基站

1 5G网络应用场景

5G主要应用在用户工作和居住的场所等，特别是城市中心地区。这些场景的特征是高连接、高移动和高流量。根据预测，70%的移动业务流量都在室内产生，因此全力解决室内覆盖与容量的问题势在必行。随着通信技术的发展，用户的要求也在不断提高，但是分布式天线系统容量上升能力有限，部署难。使用新技术可以提高部署的灵活性，用新型组网方式解决容量与覆盖问题是实现5G的必要途径。

2 5G网络室内覆盖方案设计

2.1 5G 室内网络设计原则

5G室内网络设计应依据5G业务需求和技术发展形势，在网络架构中接入具有灵活性和拓展能力的新型移动业务，按照设备能力、业务性能需求以及用户要求，实现网络资源配置以及网络功能的灵活布置。与此同时，也要顾及网络的成本投入和能源消耗。5G室内网络设计应遵照以下原则。

第一，智能：实现承载资源和控制分割，支持网络不受控制而独立运行。基于集中控制功能，实现网络智能管理。

第二，灵活：不困囿于传统组网设计方案，采用新技术，实现不同场景条件的灵活部署。

第三，高效率：综合考虑运输成本和部署成本。

2.2 5G室内覆盖方案

5G室内覆盖方案有室外站覆盖、室内分布系统和Small Cell（小基站）覆盖三种。

2.2.1 室外站覆盖

室外站覆盖把室内覆盖系统的信号来源设定为室外站，在市郊非热点区域普遍使用。直放站在室外站容量足够的前提下，通过直放站在室内覆盖盲区引入室外站信号。室外站覆盖方案是通过增设室外站来实现室内覆盖的，但是改变现有网室外站部署会对网络优化和维护工作造成消极影响，所以不支持使用增加室外站来解决室内覆盖问题[1-2]。

2.2.2 室内分布系统

室内分布系统是改进室内移动通信环境的一种方法。通过天线把移动信号平均部署到室内的角落，继而确保室内区域覆盖完全。尽管室内分布系统可以改进室内网络覆盖，不过建设条件严格、成本高、回收成本难度大，传统室内分布建筑量随着通信技术进步将会大量下降[3]。

2.2.3 Small Cell覆盖

通过在室内或者室外增加Small Cell，让信号覆盖完全，而且能够吸收更多的热点数据流量。与室内分布系统和室外站覆盖两种方法对比，Small Cell设备集成度高，选址灵活，可以满足室内覆盖和容量的要求。在5G网络建设早期，对Small Cell的需求不会如同火山般爆发式上升，如今国内主流设备厂商提供的设备跟传统室内分布系统有着一样的覆盖能力，而价格是传统室内分布系统的1.25～1.3倍。不过，Small Cell设备随着网络覆盖和容量需求的持续上涨，会产生大量需求，而设备的成本也会随着规模扩大而减少[4]。

所以要解决室内覆盖和容量问题，便需要考虑网络状况和运营商决策等要素。相比较而言，Small Cell方案具有灵活、成本低、有效的特征。在5G网络建设时代，采用这种方式解决室内覆盖方案是最合适的。

2.3 5GSmall Cell覆盖方案

2.3.1 Small Cell的引入

Small Cell是一种对传统蜂窝网络填充和改进的智能化技术，是功率低集成的无线接入点。Small Cell在3G时代，很多时候被当作分流技术。在4G网络部署里引入异构网络HetNet，移动网络由Small Cell和蜂窝网一起组成。Small Cell承担着室内重度覆盖以及提升容量的任务，还有指定区域的补漏覆盖任务。

室内热点区域网络覆盖随着互联网发展以及智能手机广泛应用，遇到了空前的挑战。数据业务快速上涨，传统的室外站和室内分布组网模型已无法满足业务的需求。Small Cell的特点是贴近用户、部署灵活、体积小、功率低，所以能够解决热点区域服务质量问题以及提高网络性能，将会成为解决一个网络底层覆盖的重要方法。

2.3.2 Small Cell的应用场景

Small Cell的概念追溯最早是为了解决室内信号覆盖问题而提出的。从最早的家庭用家庭式小基站一直发展到如今多场景应用多解决方案的复合形式，展现了Small Cell的良好发展趋势。为了解决将来流量业务的井喷式增长，Small Cell技术已进入正式化时期。按照Small Cell室内覆盖应用场景可以分为两种形态。

一是Femto Cell。在比较封闭的室内场景应用，例如写字楼、宿舍楼和酒店等，以保证覆盖效果并解决室外站室内覆盖难的问题。在建筑物密集的领域，无线规划便成为拦路虎，提高室外站功率也无法解决这个问题。国内将来5G的工作频谱大部分位于更高的频段，穿透耗损愈渐显著，Femto Cell则能够很好地解决以上的问题。

Femto Cell的设计出发点是解决室内覆盖问题。一个Femto Cell在实际应用中能够解决10万频率的服务覆盖问题，与此同时也能起到分流数据业务的作用，以减轻室外站负荷。

二是Pico Cell。在商场、交通枢纽、大型场馆等广阔空旷的室内场景应用，一般Pico Cell的发射频率为0.1～5 W，覆盖半径100 m。与个人或者家庭使用的Femto Cell不同，Pico Cell能够为政府和企业的客户提供运营商级别的覆盖。从技术上来说Pico Cell支持包括电口和光口的不同回传形式，能够解决“最后一公里”的难题，做到随时使用。Pico Cell的特点是外形美观、功能好、占据空间小，降低了运营商的建设维护成本[5]。

2.3.3 Small Cell的设备选取

Femto Cell覆盖范围小、功率低，能够为用户提供高速和高质量的通信服务，配置能力强，是覆盖方案的首选。Small Cell便是它的升级版。Pico Cell是低功率紧凑型的小基站设备，常用于公共场所区域，因为覆盖能力范围大的缘故，也可以在室外部署。

3 结论

5G新技术有Small Cell和室外站等技术，但不够成熟。现阶段，待新技术完全成熟和标准制定后，5G室内覆盖系统的建设方式才能有最终结论。

[1]朱晨鸣. 5G：2020后的移动通信[M]. 北京：人民邮电出版社，2016.

[2]刘光毅. 5G移动通信系统：从演进到革命[M]. 北京：人民邮电出版社，2016.

[3]杨峰义. 5G网络架构[M]. 北京：电子工业出版社，2017.

[4]王晓飞，陈岳兵，张希. 基于免疫克隆选择的认知无线网络频谱分配研究[J]. 电子与信息学报，2011（7）：41-47.

[5]陈赓，夏玮玮，沈连丰. 基于多门限预留机制的自适应带宽分配算法[J]. 通信学报，2014（12）：82-92.

Research on Construction Scheme of 5G Indoor Coverage System

Du Sheng Tong Xin

The Third Branch of China International Telecommunication Construction Corporation Design Institute Co., Ltd.,Hubei Wuhan 430000

With the rapid development of mobile communication, indoor wireless network coverage has gradually become a core business with business growth. The service demand of 5G network is high mobility, high traffic and high connection. In the past, the method of using indoor distribution system or outdoor base station to solve indoor coverage has been unable to meet its business needs, and the high-efficiency and changeable network construction method has gradually become the mainstream. The application scenarios and equipment selection and the introduction of small base stations in the 5G coverage scenario are introduced to study the 5G indoor coverage system construction plan.

5G; indoor coverage; small base station

TN929.5

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