传统室内分布系统向5G演进探讨

郭希蕊，张 涛（中国联通网络技术研究院，北京100048）

1 概述

从全球运营商角度看，5G潜在部署频段主要分为6 GHz以下频段和6 GHz以上频段2个大的范围。工信部发布的无线电频率划分方案，将6 GHz以下频段的 3 300～3 600 MHz和 4 800～5 000 MHz频段划分为5G频段，并限定3 300～3 400 MHz频段原则上限于5G室内使用。

目前室内分布建设仍以无源分布系统为主，无源室内分布系统主要由信号源和信号分布系统2部分组成，是纯模拟系统。其中信号分布系统是由无源器件、天线、缆线等组成。目前现网无源器件和室分天线支持的频段为800～2 700 MHz，不支持5G频段，传统室分系统向支持5G系统演讲需要进行评估。本文将从无源器件、馈线、天线和建设方案等方面对传统室分向5G演讲的可行性进行分析。

2 传统室分器件对5G频段支持情况

2.1 无源器件对5G频段支持情况

目前现网无源器件的频段为800～2 700 MHz，不支持5G系统的频段，表1和表2是现网无源器件在3.4～3.6 GHz和4.4～5 GHz频段的测试结果。

表1 现网腔体功分器在5G频段测试结果

表2 现网腔体耦合器在5G频段测试结果

从表1和表2的测试数据可知，现网无源器件指标在3.4～3.6 GHz、4.4～5 GHz频段不满足指标要求，严重时甚至出现器件失效的情况。现网无源器件无法支持5G频段的部署，现有室分系统无法直接合路升级支持5G。

基于可实现的新技术，功分器采用多级阻抗变换级联推进技术，在长度增加的情况下实现频段拓展。耦合器和电桥采用3节导带复用技术，内部传输介质体积增加，实现频段拓宽，合路器可延用传统的腔体滤波技术。

仿真结果显示，3.4～3.6 GHz、4.4～5 GHz频段的无源器件可满足现网器件的指标要求；800～3 600 MHz器件样品的实测结果性能指标可达到现网器件的指标要求；无源器件可以满足5G低频段的应用需求，相比现网器件，体积和成本都有所提升。具体测试结果如表3和表4所示。

2.2 馈线对5G系统频段支持情况

现网1/2和7/8馈线可支持3.5和5 GHz频段，但在3.5和5 GHz频段损耗相比4G频段增加明显（见表5）。

表3 基于新技术的腔体功分器在5G频段测试结果

表4 基于新技术的腔体耦合器在5G频段测试结果

表5 现网馈线在各频段百米损耗结果（dB）

a）1/2馈线在3.5 GHz 100 m损耗比2.1 GHz增加33%，5 GHz 100 m损耗比2.1 GHz增加63.3%。

b）7/8馈线在3.5 GHz 100 m损耗比2.1 GHz增加30%，5 GHz 100 m损耗比2.1 GHz增加62.6%。

c）13/8漏缆不支持3.5和5 GHz频段。

现网馈线基本可满足5G频段的部署要求，但对工程方案设计提出了功率更高的余量要求。

2.3 室分天线对5G系统频段支持情况

现网室分天线不支持5G系统频段，实测结果驻波比均高于指标要求。天线通过新设计方案能支持5G频段，通过忽略不圆度指标实现高度降低，体积与现网室分天线相当，5G室分天线S参数与现网器件基本一致，方向图指标待优化；目前已有单极化和双极化吸顶天线和壁挂天线。

3 5G传统室分系统的挑战

传统室分系统向5G系统演进，将面临频段、通道数、覆盖和信源等问题。现网室分系统无法直接合路升级支持5G，新建无源分布系统理论上可以满足5G频段的需求，但成本和代价较大。本文将从以下几方面对5G传统室分的挑战进行详述。

3.1 高频段

现网无源器件频段较低，无法兼容3.4～3.6 GHz和4.4～5 GHz频段，现网无法直接合路升级支持5G；如上文所述通过新的器件设计和定制，室内无源器件可以满足5G高频的应用需求，成本会有所提升。

馈线在 3.4～3.6 GHz和 4.4～5 GHz频段损耗相比4G频段有明显增加，尤其是1/2馈线在高频段内100 m损耗恶化程度严重，对工程方案设计提出了更高的功率余量要求。

3.2 通道数

现网无源室内分布系统以1T1R的单发系统为主，在LTE升级中的2×2 MIMO演进升级需要新增1套射频系统，成本和施工难度巨大，只在高业务需求场景应用。

面对5G系统大容量需求：大部分场景需要4×4 MIMO，4×4 MIMO需要4路馈线，施工难度和建设成本均会大幅增加，4路馈线支持MIMO的能力较差，会造成性能损失。

3.3 覆盖

3.5 GHz频段在室分覆盖中传输损耗比现有2.1和1.8 GHz频段大得多，具体见表6。

表6 室分系统各频段总体损耗值

单从自由空间损耗考虑，天线覆盖半径就只有LTE的一半，再考虑穿透损耗等方面，覆盖半径还要更小。

如要保证同覆盖（边缘场强接近），按照现有室分天线点位考虑，5G总体损耗比4G高7～9 dB。

增加5G信源设备数量或在已有天线点的基础上增补天线点，可满足5G覆盖要求。

3.4 5G信源

传统室分部署需要4通道或2通道大功率信源，目前主设备厂家并未规划4通道或2通道RRU，未来可能面临没有大功率信源的问题。

图1 现网已建室分向5G传统室分演进示意图

4 传统室分向5G演进方案探讨

4.1 已建传统室分向5G演进探讨

4.1.1 传统室分改造方案

现网DAS系统改造升级支持5G系统，需更换无源器件（功分器、耦合器、合路器、电桥等）和室分天线，器件安装位置分散，更换难度极高，且物业协调困难，整改周期长。

现网绝大部分只支持1T1R，通道数有限，如全面改造为2或4通道，投资很大，且可能由于管井布线空间有限难以实施，即使实施也难以保证新/旧通道的一致性。

现有室分系统直接增加新频点信源，无法满足覆盖要求，需通过增加信源、增加天线密度等方式满足边缘场强要求。

现有室分系统无法直接合路升级支持5G的，不建议更换无源器件和室分天线进行改造。

图1给出了现网已建室分向5G传统室分演进示意图。

4.1.2 变频系统演进方案

变频系统由变频合路单元、变频远端单元和远端供电单元3部分组成。变频系统的核心思想是将5G射频信号变频至800～2 700 MHz，然后与2G/3G/4G射频信号进行合路输出，最后馈入无源室分系统。变频远端单元将变频后的射频信号转回5G射频信号，然后与馈线上的2G/3G/4G射频信号进行合路输出，最后通过内置天线发射。采用该方案单根馈线可实现2×2 MIMO，2根馈线即可实现4×4 MIMO，原室分系统中无源器件和馈线不需更换，需增加变频合路单元、POE供电监控单元，更换原天线为变频室分天线单元，改造只在信源侧和末端进行，可实施性较好。

传统室分向5G演进过程中采用变频系统在技术上是可行的，但产品需要和光纤分布系统等产品进行综合评估，看成本上是否存在优势。

图2给出了现网已建室分向5G变频系统演进示意图。

图2 现网已建室分向5G变频系统演进示意图

4.1.3 数字化室分演进方案

传统DAS系统向5G演进受限，5G的网络需求驱动室内覆盖向数字化转型。因此对于已建传统室内分布系统的场景，5G室内覆盖可采用数字化方案，微站、微RRU和光纤分布系统是5G网络可行的室内覆盖方案。采用数字化方案可实现4T4R，支持更高的容量和带宽，实现数字化运维，为用户带来更好的体验。

图3给出了现网已建室分向5G数字化室分演讲示意图。

4.2 新建传统室分方案分析

5G信号在空间和线缆中传播损耗与3G/4G相差较大，5G信源考虑末端合路（5G信源放置于平层），适当提高信源功率或增加天线点位，并通过合理的布线可满足5G覆盖要求；对容量要求较高的区域需采用4通道建设，4×4 MIMO需要4路馈线，施工难度和建设成本均会大幅增加，4路馈线支持MIMO的能力较差，会造成性能损失，新建4通道场景成本和代价较大，不建议5G系统采用传统无源分布系统；对容量要求不高的区域，可考虑采用2通道进行建设，但成本仍需进行评估。

图4给出了新建5G传统室分示意图。

图3 现网已建室分向5G数字化室分演讲示意图

4.3 隧道场景建设方案

泄漏电缆是一类特殊的同轴电缆，与同轴电缆具备一样的同轴结构，所以也受到同轴电缆截止频率的制约，只能传播频率在截止频率以下的TEM波。现网应用的13/8型号漏缆不支持3.5 GHz频段，现有漏缆建设方案不适用于5G系统。目前支持5G频段的漏缆传输损耗较大，需要寻找合适的解决方案。目前的解决方案主要由以下2种。

图4 新建5G传统室分示意图

方案1：新增支持更高频段、损耗更小的漏泄电缆。

方案2：允许进行改造的隧道场景，可采用微站或光纤分布系统进行覆盖。

表7给出了不同型号漏缆在各频段100 m损耗值。

表7 不同型号漏缆在各频段100 m损耗值（dB）

4.4 频谱重耕传统室分向5G演进探讨

对现网2G/3G/4G频率的频谱重耕，传统室分可利旧无源器件和室分天线只需新增5G信源即可实现向5G快速升级。现网传统室分单通道占比较高，因此频谱重耕方案只适用于业务量低的区域，对容量需求高的场景还需采用其他5G建设方案。

5 结束语

现网无源器件和室分天线无法支持5G低频段的部署，现有室分系统无法直接合路升级支持5G系统；通过新的器件设计和定制，室内无源器件和天线可以满足5G高频的应用需求，对于改造场景和新建4通道场景成本和代价较大，不建议5G系统采用传统无源分布系统；对容量要求不高的区域，可考虑采用2通道进行建设，但成本仍需评估。