分布式皮基站在5G 室内覆盖中的应用及其挑战

李文明

（中国移动通信集团设计院有限公司湖南分公司，湖南 长沙 410000）

1 5G 网络室内覆盖的情况分析

1.1 5G 网络室内覆盖使用频率分析

5G网络室内覆盖使用频率主要可以分成3.3～3.4 GHz、 3.4 ～3.6 GHz、4.8 ～5.0 GHz、 毫 米 波 段 以 及2G/3G/4G 系统频段等。目前，5G 网络室内覆盖的主要应用频率为3.3 ～3.4 GHz，而3.4 ～3.6 GHz、4.8 ～ 5.0 GHz 频段的实际使用效果还需要利用网络测试的方式进行确认。

不同的频率使用在不同的环境中，其中3.3～3.4 GHz 主要用在室内覆盖环境中，而3.4 ～3.6 GHz、4.8 ～ 5.0 GHz 频段更多应用在室外覆盖中，若是将其应用到室内还需要对于同频干扰等问题进行验证。而对于2G/3G/4G 系统，其存量频段后续能够实施5G 系统的演进，但会受到带宽资源的限制。对于毫米波段，现阶段5G 还缺少明确的设备产品路标，同时相对于中低频来说信号传播损耗较大。

1.2 5G 网络室内覆盖建设方案分析

按照不同的形式可以将5G 网络室内信号覆盖建设方案分为室外覆盖室内方式、分布式天线系统（DAS）、室内光纤分布系统以及分布式皮基站的建设方式等。

第一，室外覆盖室内方式。此种方式就是指辐射点天线的位置处在室外，利用不同方式（如设置宏基站、微基站、RRU（射频拉远单元）、直放站等）实现不同点位和角度的立体式覆盖方案。室外覆盖室内主要用于单层面积小、无线信号易穿透的单体建筑，通过优化室外大网实现室内覆盖，但对大型楼宇覆盖较差。

第二，分布式天线系统（DAS）。DAS 建设量最大，3 家运营商DAS 存量合计约70 万套。目前，DAS系统主要支持800 ～2 700 MHz 的频段，需要对功分器、耦合器、合路器及天线等器件进行更换，不能充分体现NR 多流技术的优势。相对于2.3 GHz，DAS 系统馈线对于3.5 GHz 频段信号的传输衰减较大，若是想要确保和2.3 GHz 同点位的覆盖要提升信源功率。所以要大力推广大功率RRU 设备的发展。

第三，光纤分布系统。此系统更多应用在室外覆盖室内，若应用到室外场景就要实现小功率室内天线一体化光纤分布系统；若要实现3.5 GHz 频段的应用就要新增5G NR 信源、新增接入单元AU、更换扩展单元EU 及新增射频单元RU 等，具有一定的改造难度。

第四，分布式皮基站。通过对目前支持4G 网络的分布式皮基站进行相应改造能够支持5G NR，可以通过CAT6A 网线或者带电光缆来进行，操作相对简单，具有较好的容量性能[1]。

对于5G 室内覆盖系统较高容量以及较高价值场景，比较适合采用分布式皮基站的方案。分布式皮站主要适用于高价值、高流量、空旷的大型建筑室内覆盖，如体育场馆、会展中心、机场及交通枢纽等，但无法与其他运营商共享。表1 是分布式皮站在几类建筑中的典型覆盖能力，其中覆盖区域边缘RSRP ≥-105 dBm。

2 分布式皮基站在5G 室内覆盖中的应用分析

2.1 分布式皮基站

分布式皮基站是一种小型低功率室内数字分布式基站，通过固网宽带、专有回传等接入到移动核心网，为用户提供LTE 移动通信信号覆盖，实现精确、深度覆盖，提升网络对数据业务的上网体验，同时还能吸收热点话务，为宏网络数据分流。分布式皮基站主要包括三层网络架构，分别为BBU（基带单元）、RHub（集线设备）及Pico RRU（射频远端单元）。其中BBU和RHub 之间利用光纤实施连接，RHub 和Pico RRU之间利用网线实施连接，其架构如图1 所示。

2.2 4G 和5G 分布式皮基站的对比

随着从4G 网络向5G 网络的转变，分布式皮基站的发射功率也有所提升，5G 分布式皮基站初步规划的功率在4×125 MW 或者4×250 MW，还需要进一步论证。4G 和5G 分布式皮基站的对比情况如表2 所示。

表1 分布式皮站在场景中的典型覆盖能力

图1 分布式皮基站架构

相对于4G 分布式皮基站方案，5G 分布式皮基站支持100 MHz，具有5 倍的带宽增益，并且频谱效率也能够明显提升，所以5G 分布式皮基站的速率具有5倍以上的增益[2]。

2.3 分布式皮基站的优势分析

第一，传统的DAS 方式只支持2×2MIMO，一旦两通道存在不平衡的情况就会引发吞吐量降低。而分布式皮基站具有稳定的信号，可以支持4×4MIMO，能够匹配5GeMBB 业务高容量方面的要求，可以实现5G 室内视频、VR、AR 等业务方面的需要。

第二，传统的DAS 系统布线相对复杂。分布式皮基站工程操作相对灵活便捷，可以利用软件进行不同小区的合并，简便地建成大规模的分布系统。

表2 4G 和5G 分布式皮基站的对比情况

第三，传统DAS 系统会因为无源器件以及馈线损耗影响到信号的有效传输，而分布式皮基站系统在 100 m 之内可以忽略距离延伸造成的馈线损耗。

第四，传统DAS 系统缺少主动监控的功能，很难对发生的故障进行定位，只能通过现场进行查验。而分布式皮基站可以通过远端PRRU 进行实时监控，相对来说定位以及优化运维较便捷[3]。

3 分布式皮基站所面临的挑战

分布式皮基站虽然比较适合应用在5G 室内覆盖系统较高容量以及较高价值场景，但同时存在着某些挑战。

（1）相比于传统DAS 系统，分布式皮基站工程改造的难度、工作量要小很多，但在施工时也需要新增或者更换RHUB，同时要对CAT5E 网线进行更换。此外，在施工过程中会将装修破坏掉，需要和物业进行协调。

（2）现阶段还处于5G 网络的初始应用阶段，分布式皮基站只支持3.5 GHz 频段。如果后续要扩展支持的频段还是要进行工程的改造以及设备更换。

（3）相对于传统DAS 系统，分布式皮基站造价比较高。从相应统计数据可知，4G 网络室内覆盖建设方案中传统单路DAS 造价在4 ～5 元/m2，传统双路DAS造价在8 元/m2，而分布式皮基站造价在12 元/m2， 属于传统双路DAS的1.5倍。而相对于4G分布式皮基站，5G 分布式皮基站的造价更高（提升1 倍），相对于传统双路DAS 提升了1.5 倍的费用。所以5G 分布式皮基站具有比较高的投资成本，若是将目前所有的室内覆盖系统全部进行分布式皮基站建设方案的改造就会投入大量的建设成本，会对运营商造成非常大的资金压力，所以需要根据实际情况来进行，不能统一改造。

（4）现阶段分布式皮基站还是有源系统，远端单元需通过网线或独立电源方式进行供电，一旦遇到供电困难的情况就无法正常使用。

随着5G 网络建设的逐渐扩展，室内业务的应用不断扩展，在云VR/AR、智能制造、智慧能源、无线医疗、无线家庭娱乐及个人AI 辅助等方面都会有所应用。相对于其他方式，分布式皮基站能够满足高容量方面的要求，操作相对简洁，能够有效监控并定位，但是其建设成本相对高，且很难有效兼容后续高频信号。所以在实际操作时一定要充分考虑到5G 室内覆盖性能和成本之间的平衡，更好地满足5G 室内覆 盖的要求[4]。