室内分布系统面向5G演进方案探讨

［］

1 引言

据预测，未来70%的移动数据流量将发生在室内，室内覆盖一直是运营商网络发展的重点。随着5G时代的到来，VR、AR、云桌面等新业务的普通应用，将对室内网络覆盖的速率和质量提出更高的要求。

据统计，三大运营商目前现有室内分布系统数量已经超过50万套，这些存量室内分布系统80%以上采用传统的无源分布系统方案建设，在未来面向5G演进中将存在诸多问题，在即将到来的5G时代，如何在保护既有投资的前提下，经济快速的使室内分布系统从4G演进到5G成为一个值得探讨的问题。

2 5G频段分配情况

截止到2019年2月，5G标准R15版本中Main drop已经冻结，Late drop也将在2019年6月冻结。

3GPP标准中规定5G可用频谱资源可以分为两个部分：频段一为Sub6G频段（450MHz-6000MHz），也就是通常所说的低频频段，是5G的主用频段，国际上主要使用3.5GHz频段，也有少部分国家使用2.6GHz、4.9GHz频段，此频段将是未来5G建设室外宏站和室内分布系统的主要频段；频段二为毫米波频段（24250MHz-52600MHz），也就是通常所说的高频频段，为5G的扩展频段，此频段将用于未来5G建设微小基站吸收热点区域数据流量所用。

在我国，根据5G试验网频段使用情况和工信部关于5G频段分配使用的相关政策，预计中国移动将获得2.6GHz、4.9GHz频段，中国电信与联通将获得3.5GHz频段分别用于5G网络建设。

3 5G室内MIMO技术分析

大规模MIMO是5G关键技术之一，收发两端配置多根天线，特别是在基站侧配置大量天线单元，获得空间自由度，既能实现小区内空间复用，也能实现小区间干扰抑制提高频谱效率和能量效率，从而实现系统容量的提升。

从4G到5G，发射端支持的流数从2流、4流、8流增加到16流、24流，接收端支持的流数从1流、2流增加到4流、8流。

在室内分布系统中，一方面由于单面室内天线需求覆盖范围较小，信号覆盖良好，另外大规模MIMO天线尺寸太大，工程建设不具备可实施性，4G室内一般使用单流或者双流进行建设，在5G阶段为了更好的发挥MIMO技术的优势，一般选择采用双流（2T2R）、四流（4T4R）方式进行建设，在高容量场景，优先使用四流方式进行建设。（见表1）

表1 双流/四流上下行峰值速率对比表

传统的DAS使用馈线，施工部署难度较大，不考虑使用四流方式进行建设。双流的DAS由于存在馈线损耗，上行比DIS差5～6dB，导致上行峰值速率远小于DIS。DIS系统中，四流相比双流，上下行峰值速率均有较大的增益。

4 传统室分演进分析

传统的室内分布系统由天线、馈线、合路器、耦合器等无源器件组成，这些器件一般能支持到700-2700MHz。

从表2可知，对于2.6GHz频段，现有室内分布系统的无源器件均能支持，但是对于3.5GHz频段，耦合器、功分器性能恶化严重，馈线损耗增大。

传统的室内分布系统具有产业链成熟、组网成本低、故障率低等优点，但对于未来新业务的需求，具有如下缺点：

●可监控性差：无源器件均不可进行实时监控，人力故障排除成本高；

●不支持室内定位：无源室分天线不可区分位置信息；

●扩容能力有限：仅能通过增加载波方式进行扩容，无法满足高容量场景扩容需求。

对于传统室内分布系统，如果使用2.6GHz频段，现有的无源器件基本可以支持，5G可以采用直接合路的方式支持，或者在原来单流分布系统的基础上新建一路支持双流，然后再合路5G信源。

在一些有定位需求的场景，可以通过改造现有的合路器、功分器、耦合器等使之具有通直流能力，室分天线新增蓝牙有源模块，信源侧新增并合路蓝牙网关，蓝牙网关通过具有直流馈线能力的无源器件，为室分天线提供直流供电，从而使传统的DAS支持定位与监控功能，这种DAS又称为Smart DAS。

但是如果采用3.5GHz频段，现有的无源器件不支持，传统DAS不支持平滑演进到5G。

5 新型室分建设分析

分布式皮飞站，是一种新型的室内分布系统，其组成结构如图1。

表2 无源器件频段支持情况表

图1 分布式皮飞站组成结构图

分布式皮飞站采用BBU、HUB、pRRU三级架构组网，是一种有源系统，相比传统DAS，使用光纤/网线替换馈线，利用楼宇的综合布线系统，简单快速部署。pRRU是小功率RRU设备，可根据情况进行小区合并和裂分，可以灵活的解决覆盖与容量的矛盾问题。BBU、RHUB、pRRU均为有源设备，可以实现监控网管化，并且提供pRRU级位置定位能力。

分布式皮飞站不受频率使用的限制，2.6/3.5GHz甚至毫米波均可支持。

分布式皮飞站自2013年推出已来，已经在不少4G站点进行了部署。运营商的4G室分系统一般部署在2.1/2.3GHz，链路与穿透损耗优于5G的2.6/3.5GHz 3-8dB增益，但是5G在MIMO、空口效率、干扰余量等方面较4G有9-10dB的总增益，故对于已经部署了分布式皮飞站的室分系统，4/5G可以同点位同覆盖。

对于4G已经建设了DIS的室分系统，可以通过叠加5G单模pRRU或者将4G单模pRRU更换为4/5G双模pRRU来平滑演进到5G。

分布式皮飞站使用光纤/网线，节省了馈线损耗，单点位覆盖能力比DAS高6dB，比较适合使用在空旷、隔断较少的场景，对于隔断较多的场景，不宜发挥出此技术优势，为此演变出了分布式皮飞站+Smart DAS混合方案。（如图2所示）

pRRU内置合分路器，支持1分4SISO或1分2 MIMO灵活组网，有效减少pRRU数量，大幅降低端到端落地成本，无源室内天线内置蓝牙信标，支持E2E可管可控和定位功能，可以用于办公室、酒店等多隔断覆盖场景。

图2 分布式皮飞站+Smart DAS混合方案组网图

图3 拓展型皮飞（左）与分布式皮飞（右）结构对比图

分布式皮飞站相比DAS造价高很多，为了降低造价，产生了拓展型皮飞站。（如图3所示）

拓展型皮飞站与分布式皮飞站架构一致，其基带单元由通用x86服务器平台代替专用芯片，具有低成本优势，其支持的小区分裂数低于分布式皮基站，基带单元处理复杂度低，主要应用于2万平米以内的低成本室内覆盖解决方案。

拓展型皮飞站也可以与Smart DAS结合，采用拓展型皮飞站+Smart DAS的混合方案，进一步降低成本，拓展适用的室内场景。

6 各种技术应用分析

5G的室分解决方案可以归纳为传统DAS、Smart DAS、分布式皮飞站、拓展型皮飞站、分布式皮飞站+Smart DAS、拓展型皮飞站+ Smart DAS六种，各种技术的对比分析情况如表3。

六种解决方案中，除了传统DAS为无源系统外，其余的五种均为有源系统，无源系统向有源系统演进，是5G室分系统的发展方向。

传统DAS演进路线为智能化，支持运维可视化和精确定位。

数字室分演进路线为采用融合组网的低成本方案，同时兼具精确定位和大数据能力。将部分pRRU替换为Smart DAS天线，可以节约建网成本约30%～45%。

拓展型皮飞站建网成本是分布式皮飞站的60%，

分布式皮飞站支持4T4R、小区分裂扩容等高性能，建设成本较高，适合用于体育场馆、交通枢纽、校园、高端写字楼、五星级酒店等高价值高容量场景。

表3 各种室分技术对比分析表

拓展型皮飞站、分布式皮飞站/拓展型皮飞站+Smart DAS建设成本相对适中，适合用于商场、医院等中等价值场景，其中分布式皮飞站/拓展型皮飞站+Smart DAS混合组网方式对于隔断较多的场景具有较好的覆盖效果。

传统DAS、Smart DAS建设成本最低，但是不支持小区分裂扩容、大数据能力，适合用于居民小区等低价值场景。

不同场景下5G室内分布系统的建设可以参考如下方式进行：（如图4所示）

为了保护既有投资，存量室分优先利旧改造，如果不具备利旧改造条件，则同新建场景一样，部署数字室分或混合组网室分。

7 总结

图4 不同场景下5G室分建设思路

未来的5G室内分布系统中传统DAS、Smart DAS、分布式皮飞站、拓展型皮飞站、分布式皮飞站+Smart DAS、拓展型皮飞站+ Smart DAS将会共同存在。每种技术方案都有其不同的特点，在选择技术方案的时候需要综合考虑存量利旧、频段、容量需求、业务需求、建筑物结构、建设成本等因素。（见表4）

表4 英文缩略语