5G室内覆盖解决方案研究

刘军涛，常广亮

（河南省信息咨询设计研究有限公司 第二设计分公司，河南 郑州 450008）

0 引 言

随着5G标准的陆续发布，加速了全球5G建设的进程[1]。目前，我国已为运营商颁发5G实验频段。各运营商都在积极部署5G网络，争抢5G网络制高点。

5G典型业务场景包括云VR/AR、车联网、智能制造、智慧能源、无线医疗、无线家庭娱乐、联网无人机、社交网络、个人AI辅助、智慧城市及室内定位等[2]，其中70%的应用和业务流量都发生在室内，预计5G室内覆盖系统的流量需求比重将进一步加大。因此，需加强5G的室内覆盖建设。

5G使用的频谱资源频段较高，主要承载在频率较高的C-Band和毫米波频段。频段越高，电磁波穿透能力和绕射能力越差，室外基站覆盖室内越困难，因此5G室内将出现大量弱覆盖区域，室内深度覆盖需求量较大[3]。

1 5G室内覆盖需求定位

5G标准定义了5G的三大业务场景：增强型移动宽带场景（eMBB）、低时延高可靠场景（URLLC）及低功耗大连接场景（mMTC）。三大场景在室内应用情况如表1所示。

5G室内业务需求广泛，室内无线网络好坏直接影响用户感知。因此5G室内覆盖能力将是三大运营商网络最核心的竞争力。

2 室内覆盖指标要求

5G初期室内覆盖主要考虑eMBB业务需求，满足基本VR业务下行速率要求为100 Mb/s；室内视频业务至少应满足540 P，其上行速率要求为2 Mb/s，如表2所示。

表1 5G三大场景

表2 室内应用场景速率要求

VR/AR/高清视频等5G大流量业务多发生在室内场景，5G时代室内流量需求会越来越高。当4G室分系统难以满足eMBB类高带宽业务要求时，需进行5G NR室分部署。

远程医疗、智能制造及应急救援等业务对可靠性和低时延提出了更高要求，即网络指标要求99.999%的可靠性和1 ms时延。

室内某些特定场景要求5G网络提供平均1 m2一个连接的服务，相当于每平方公里1 000 000个连接。室内定位业务要求网络具备1～3 m的室内定位精度。

室内覆盖总体指标如表3所示。

表3 5G室内覆盖指标

3 室内覆盖建设方案分析

3.1 空间链路损耗

空间链路衰减因子模型：

其中，PL（d0）=32.44+20logd（km）+20logf（MHz），即1 m处自由空间传播损耗；d为电磁波传播距离；f为电磁波频率；n为衰减因子，具体如表4所示。R为附加衰减因子，指由楼板、隔板及墙壁等引起的附加损耗。

表4 链路损耗衰减因子取值

我国颁发的5G试验网频段有2.6 GHz、3.5 GHz及4.9 GHz。以3.5 GHz频率为例，不同材质在各频段电磁波的穿透损耗差异较大，如表5所示。

3.5 GHz和2.3 GHz室内覆盖空间损耗（按穿透损耗一堵砖墙估算），如表6所示。空间损耗差异约5.5 dB（含穿透损耗）。

表5 不同频段不同墙体的穿透损耗

表6 3.5 GHz和2.3 GHz室内覆盖空间损耗

3.2 现网传统室内分布支持5G频段情况

无源分布系统中的功分器、耦合器、合路器、馈线及天线等不支持5G频段，系统改造技术不可行，成本高，且难实施。

对于合路器，现网的频段合路器未设计3.5 GHz频段，需更换。对于室分吸顶天线，现网常用的室分吸顶天线最高支持2.7 GHz，驻波实测数据在3.5 G频段呈零散分布、无规律，指标超标。对于功分器、耦合器及电桥，现网无源器件产品各指标在3.4～3.6 GHz不满足指标要求，甚至会出现器件失效的情况，如表7、表8及表9所示。

表7 3.4～3.6 GHz现网实测功分器损耗

表8 3.4～3.6 GHz现网实测3 dB电桥损耗

表9 3.4～3.6 GHz现网实测耦合器损耗

1/2馈线在3.5 GHz的传输损耗与2.3 GHz相比，增加3～4 dB/hm，损耗情况如表10所示。

表10 实测馈线损耗

通过分析可知，5G室内覆盖不能通过改造现网室内分布系统来实现，同时新建无源分布系统将面临损耗多、成本高的问题。

5G室内覆盖指标要求网络具有更高可靠性和更大容量。传统室内分布系统无法监测故障，无法及时处理故障，可靠性较低。传统室内分布系统也无法灵活调度容量，无法满足网络大容量需求。

因此，5G室内覆盖需综合考虑覆盖指标、频率资源及多入多出（MIMO）等，采用全新的室内覆盖方案。

3.3 室内数字化分布式基站系统

数字化分布式基站系统是最近常用的覆盖方式，采用分布式三级架构，由基带单元、交换单元及射频单元组成，如图1所示。

图1 数字化分布式基站系统组成图

3.3.1 现网数字化分布式基站对5G频率的支持情况

现有产品无法兼容；产品末端采用5类线传输，未来可能存在带宽不足问题；不同设备厂商存在不兼容性。

3.3.2 分布式基站新建或改造支持5G频率的难度

新增5G NR信源、新增或更换支持5G的交换单元及新增或更换支持5G的射频单元，改造难度相对较小，如图2所示。

目前，4G网络的射频单元和交换单元之间以网线部署为主，5G网络需更换为CAT6A网线或光电复合缆，以支持更大的传输需求。MIMO实现为4×4 MIMO或更高。

3.3.3 5G室内覆盖建设方案比较

传统室分系统部分器件不支持，容量扩展低，建设改造难度大；数字化分布式基站支持较大容量，新建或者改造难度相对较低，施工难度较低，如表11所示。室外覆盖室内的建设方式可分为两种类型，宏站和小基站、光纤分布系统。室内蜂窝系统的建设方式采用分布式皮基站。

图2 分布式基站新建或改造支持5G示意图

表11 5G室内覆盖建设方案比较

对于5G室内覆盖问题，需采用高中低频分层覆盖策略，选择数字化室内分布式基站系统覆盖方案，打造一套易于监控、便宜维护、高可靠、大容量及高速率的5G网络，并基于数字化平台，实现智能运营。

4 结 论

5G室内覆盖初期主要部署于高价值、高流量场景，满足竞争、业务演示及高速业务需求，以数字化分布式基站为主，新建或改造实现5G数字化分布式基站系统覆盖。对于5G容量需求较高且范围较大的场景，考虑直接新建5G数字化分布式基站系统。

结合建筑物场景特点和容量要求，还可采用灵活设计射频数量和资源配置等方式满足业务需求。